EP3027842A2 - Klemmvorrichtung und verfahren zur ortsfesten fixierung einer antriebswelle - Google Patents

Klemmvorrichtung und verfahren zur ortsfesten fixierung einer antriebswelle

Info

Publication number
EP3027842A2
EP3027842A2 EP14783761.1A EP14783761A EP3027842A2 EP 3027842 A2 EP3027842 A2 EP 3027842A2 EP 14783761 A EP14783761 A EP 14783761A EP 3027842 A2 EP3027842 A2 EP 3027842A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clamping device
clamping
drive shaft
hole
riser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14783761.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Angelo Cemin
Jochen Dittrich
Alexander Zuber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Original Assignee
Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Netzsch Pumpen and Systeme GmbH filed Critical Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Publication of EP3027842A2 publication Critical patent/EP3027842A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/02—Surface sealing or packing
    • E21B33/03—Well heads; Setting-up thereof
    • E21B33/04—Casing heads; Suspending casings or tubings in well heads
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/02—Surface sealing or packing
    • E21B33/03—Well heads; Setting-up thereof
    • E21B33/06—Blow-out preventers, i.e. apparatus closing around a drill pipe, e.g. annular blow-out preventers
    • E21B33/061—Ram-type blow-out preventers, e.g. with pivoting rams
    • E21B33/062—Ram-type blow-out preventers, e.g. with pivoting rams with sliding rams
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/10—Slips; Spiders ; Catching devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/12—Rope clamps ; Rod, casings or tube clamps not secured to elevators

Definitions

  • the present invention relates to a clamping device for a drive shaft of a feed pump and to a method for the stationary fixing of a drive shaft of a feed pump according to the features of the preambles of claims 1 and 13.
  • shut-off valves which serve to protect against the borehole pressure and which can prevent a blowout of oil and / or gas in the event of imminent overpressure by being quickly blocked.
  • blow-out preventers An example of this are so-called blow-out preventers.
  • a Blow Out Preventer - BOP for short - is a wellhead-mounted equipment used to provide protection against down hole pressure in the annulus between casing and pipes or in an uncased borehole during drilling, commissioning, testing or maintenance.
  • a BOP is therefore a special closure device or a special shut-off valve of a feed pump at a drilling point, which prevents an oil or gas outbreak in the event of sudden overpressure.
  • the conventionally known abbreviation BOP is used for such a termination device.
  • the BOP serves in particular as a central security element in a deep well.
  • a single shut-off valve can be arranged. More preferably, however, multiple shut-off valves are combined to form a BOP stack.
  • the BOPs are operated by a strong hydraulic system.
  • the use of multiple BOPs also means a redundant design in terms of high
  • the BOP is placed immediately above the borehole. For undersea drilling, he is thus directly on the seabed.
  • Known BOPs as described for example in US 5,875,841 B, comprise a central housing with a passage for the conveyed medium and a
  • the drive rod passageway provides an opening for entry of the drive rod into the wellbore.
  • the BOP further includes a pair of clamping rams, called RAMs, which are variably arranged can be and thus forms a seal around the drive or polishing rod to prevent inadvertent leakage of medium.
  • No. 5,765,813 B describes a BOP, wherein the sealing rubber layer of the RAM bolt is reinforced in the area of the sealing surfaces.
  • the reinforcement is that the RAM pin core comprises outwardly facing ribs.
  • the ribs serve to resist the extrusion of the rubber layer when the BOP is subjected to high pressure.
  • the object of the invention is to provide a clamping device which is suitable, in addition to the known sealing function, the drive shaft of a feed pump as needed, for example, during maintenance, when the drive head must be changed and so on to securely fix.
  • the object is in particular to provide a clamping device to keep drive shafts with great mass safely.
  • the invention relates to a clamping device for fixing a drive shaft of a feed pump in a riser of a borehole, in particular serves the
  • the clamping device for safe clamping of the drive shaft.
  • the clamping device comprises a securing mechanism for the drive shaft, which fixes the position of the drive shaft, in particular when suspending the linkage of a drilling device and / or when performing maintenance spatially mechanically.
  • the clamping device according to the invention does not constitute a conventionally known blow-out preventer or BOP, since it is not intended to shut off the drill pipe completely by the clamping device, in order thus to prevent an outflow of conveying fluid.
  • the riser of the borehole serves to convey a delivery fluid by means of a feed pump with drive shaft.
  • the drive shaft is for example part of an eccentric pump or a so-called beam pump or horse head pump with linkage.
  • the clamping device comprises a housing with a first
  • the housing of the clamping device comprises a second lateral through hole, which impinges orthogonally on the first through hole.
  • a mechanically acting clamping means is received and / or guided.
  • the drive shaft of the feed pump in the housing of the clamping device can be axially and / or radially clamped or fixed.
  • the drive shaft is fixed in a stationary manner by the at least one clamping means of the clamping device such that the weight of the drive shaft and, if appropriate, further components arranged on the drive shaft
  • Delivery pump is held within the riser by the clamping device. But that means that on the clamping device such high clamping forces on the
  • Drive shaft must be applied, which can hold a weight of up to several tons, since the drive shaft, depending on the depth of the bore may have several hundred, up to 1600m or more than 1600m longitudinal extent.
  • Clamping means a first and a second clamping device. The two
  • Clamping devices are each arranged opposite one another, on both sides of the first through-hole, in the second through-hole.
  • the first through-hole separates the second through-hole into a first and a second side opening.
  • the first clamping device is arranged for example in the first lateral bore and the second clamping device is arranged in the second lateral bore.
  • the two clamping devices are each displaceable orthogonal to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • the first clamping device is associated with a stop which limits the displacement in the direction of the drive shaft. The stop is necessary for a correct centering in the spatial fixation of the drive shaft within the riser. The fixation is effected in particular by a clamping of the drive shaft between the two
  • the necessary pressure and / or clamping force is applied to the drive shaft via the second clamping device.
  • the centering of the drive shaft by means of a stop is particularly important when the two clamping devices not be brought synchronously and synchronously to the drive shaft.
  • Clamping device in at least one first working position or a second
  • Working position can be positioned or moved.
  • first working position no operative connection between the first clamping device and the drive shaft is formed.
  • delivery fluid can be passed through the clamping device.
  • second operating position of the first clamping device this is displaced so far within the second through hole in the direction of the first through hole, that the first clamping device bears against the stop and the drive shaft and the arrangement of the drive shaft within the riser in the
  • the second clamping device can also be brought into at least one first working position or at least one second working position. In the first working position no operative connection between the second clamping device and the drive shaft is formed. Thus, delivery fluid can be passed through the clamping device. In the second operating position of the second clamping device, this is displaced so far within the second through hole in the direction of the first through hole, that the second clamping device bears against the drive shaft and against the
  • the clamping device comprises at least one sealing means to seal the drive shaft within the clamping device against the riser or to dense the drive shaft to the riser and thus to prevent further delivery fluid from rising when the drive shaft is static and clamped in the clamping device ,
  • a suitable sealing means preferably consists of a first and a second sealing block which is orthogonal to the drive shaft
  • the clamping means also forms the sealing means.
  • the clamping means comprises sealing elements which the
  • Drive shaft can seal against the riser.
  • the first and the second clamping device completely surround the drive shaft together in its second operating position.
  • the sealing means are designed as additional components of the clamping device, then the first and second clamping devices can be designed such that they do not completely surround the drive shaft in their respective second working position. In this case, a clamping, which extends only around partial circumferential regions of the drive shaft, sufficient.
  • both the first and the second clamping means of the clamping means are preferably in their respective first working position. That is, the clamping device is in the first
  • both the first and the second clamping device preferably have their respective second working position.
  • the drive shaft is mechanically fixed with respect to the riser.
  • the drive shaft is secured in the second operating position within the clamping device by the clamping device of the clamping means against rotation and / or the
  • Clamping device has not yet been introduced to the drive shaft and thus present in its first working position or an intermediate position between the first and second working position, also conveying fluid through the clamping device can be conducted.
  • the clamping means is also designed as a sealing means
  • the drive shaft is not only fixed mechanically, but also sealed against the riser.
  • the passage of fluid through the clamping means designed as a sealing means is prevented.
  • a force is applied to the drive shaft with the second clamping device. This can be done manually by
  • a hand spindle is used for longitudinal displacement of the second clamping device within the second through-bore.
  • a motor drive is conceivable.
  • the second clamping device is associated with a hydraulic force increasing device, for
  • the clamping devices have actuating elements via which the
  • Clamping means can be moved by means of tools within the second through hole orthogonal to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • the clamping device at their opposite the first through hole aligned free ends each recordings for rotary key or the like or the free ends are formed as a hexagon, etc.
  • Actuators is effected with corresponding tools a displacement in the longitudinal direction of the respective first and second clamping devices within the second through hole of the clamping device. Since no working pressure has to be applied by means of the first clamping device, the force necessary for the adjustment is small in comparison to the force required for the adjustment and adjustment of the second clamping device. In order to apply the necessary clamping force to the second clamping device, would have to be used
  • Turntable be equipped with a correspondingly large lever, that is, the tool must be sufficiently large dimensions.
  • the tool When using one of the second clamping device associated hydraulic force increasing the required tool can be made smaller. In particular, then can for Adjustment of the first and second clamping device the same tool can be used.
  • the clamping device is modular, that is, there is at least one housing module with the described first and second
  • Clamp module Depending on the diameter of the drive shaft pointing in the direction of the first through hole free end portions of the clamping means of the clamping means must be designed to be dimensioned accordingly to surround the drive shaft in each case partially laterally and clamp.
  • the second clamping device of the clamping means must be correctly dimensioned depending on the weight of the drive shaft to be supported and optionally further arranged thereon components, so that the clamping means can hold the weight of the so-called drill string safely.
  • Clamping device two more lateral through holes, which each impinge at least substantially orthogonally on the first through hole.
  • the total of three lateral through holes are each in different
  • the first through hole Positions along the longitudinal axis of the first through holes arranged.
  • the first through hole is aligned vertically after mounting the clamping device on the riser or oriented parallel to the longitudinal extent of the riser. Accordingly, the total of three lateral through holes are arranged horizontally aligned. Preferably, the three are lateral
  • a further clamping means and a sealing means are arranged in the two further lateral through-holes.
  • the further clamping means comprises - as already described above the clamping means - two oppositely arranged clamping devices, in particular a first clamping device with stop for spatial centering of the drive shaft and a second clamping device for applying a clamping force or a working pressure on the drive shaft.
  • the sealing means comprises two opposing sealing means for sealing the
  • Clamping means existing clamping means a force in a defined direction are applied to the drive shaft. According to one embodiment, the
  • the first clamping means for the radial protection is provided and comprises clamping devices which are specially designed for the radial clamping of the drive shaft and secure the drive shaft against rotation.
  • the second clamping means is provided for axial securing and includes clamping means for axially clamping the drive shaft to the drive shaft against an axial
  • the sealing elements serve only for sealing the riser with respect to the drive shaft to prevent an undesired upward discharge of the conveying fluid.
  • At least one of the following features are provided. According to one embodiment of the invention, at least one of the following features:
  • Clamping means of the first clamping means of a clamping device a first
  • Side wall extends within the clamping device from top to bottom in the direction of the first vertical through hole, which runs parallel to the drive shaft of the feed pump.
  • first spherical or ball-like clamping elements are at least largely arranged one above the other.
  • the drive shaft can be clamped by means of the at least two first clamping elements, which prevents a downward axial movement of the drive shaft.
  • the side facing away from the drive shaft of the first inner space has an inclined wall and the cross-sectional area of the first inner space decreases from top to bottom.
  • the diameter of the clamping elements also decreases from top to bottom, that is, the uppermost clamping element is larger than the lowest
  • At least one of the following features are provided. According to one embodiment of the invention, at least one of the following features:
  • Clamping means of the second clamping means of the clamping device a second Interior, which is at least partially disposed around the first through hole around.
  • the bottom surface is aligned substantially orthogonal to the longitudinal axis of the drive shaft or to the longitudinal axis of the riser.
  • At least two second spherical or ball-like clamping elements side by side in a plane at least substantially orthogonal to the longitudinal axis of the first through hole or orthogonal to the longitudinal axis of the
  • the drive shaft is clamped and thus blocked when it rotates counter to the intended direction of rotation for the pump drive.
  • Such a rotational movement can occur, for example, when the drive head fails. Since the drive linkages of feed pumps for boreholes are up to 1,600 m long, there is a torsion of the pump between the drive and the pump
  • the cross-section of the second interior decreases in the counterclockwise direction and the diameter of the second in the second
  • Clamping means is clamped, and moves the drive shaft counterclockwise, then the at least two clamping elements within the second interior are also moved in the counterclockwise direction and jamming the
  • the cross section of the second interior decreases in each case from the center in and counterclockwise.
  • the clamping elements arranged in the middle region have a larger diameter than those in the respective outer end regions of the second
  • clamping device can thus serve the following functions:
  • the clamping device can apply a first pressure and / or clamping force, which prevents the drive shaft from rotating radially.
  • a first function thus consists in ensuring against rotation of the drive shaft.
  • the clamping device can apply a second pressure and / or clamping force, with which the drive shaft is clamped axially, to absorb the axial load - more precisely, the down after acting mass or weight of the drill string.
  • a second function is accordingly to safeguard against axial displacement of the drive shaft.
  • shut-off valves can be sealed by means of the clamping device a riser relative to the drive shaft at the top, so that no delivery fluid can escape upwards.
  • a third function thus consists in sealing the drive shaft with respect to the riser for the conveying fluid.
  • Another secondary function of the clamping device is the active passage of the conveying fluid through the riser with rotating drive shaft, that is in the normal operating mode.
  • Clamping device comprises a first clamping means having a first interior with oblique side wall and clamping elements for axial clamping of the drive shaft, further comprising a second clamping means with a second interior and clamping elements for radial clamping of the drive shaft, and a sealing means for sealing the drive shaft relative to the riser.
  • the clamping device comprises a clamping and sealing means, wherein the first clamping means comprises a first inner space with oblique side wall and clamping elements for axial clamping of the drive shaft and wherein the second clamping means has a second interior and
  • Clamping means of the clamping and sealing means comprises a first interior with oblique side wall and clamping elements for axial clamping of the drive shaft and wherein the first clamping means a second interior and clamping elements for radial clamping of the drive shaft and wherein the first through hole aligned free ends of the first and second clamping means the
  • the clamping device according to the invention is intended for installation between a borehole and the riser pipe for conveying a conveying fluid.
  • Clamping device includes an upper mounting portion for attachment to a drive head connected to the riser and a lower mounting portion for attachment to the wellbore. It is preferably provided that the lower and / or the upper attachment region comprises a modular, replaceable flange.
  • the lower flange may comprise means for angular adjustment, so that the arrangement or positioning of the clamping device on the borehole is preferably infinitely adjustable, in particular so that a stepless
  • the lower flange device is provided as a module that is selected in the application of appropriate size and attached to the housing of the clamping device.
  • the lower flange device is adapted to allow variable alignment of the housing of the clamping device between the borehole and the drive head.
  • the flange device comprises a first mounting plate, with which the flange device is screwed to the housing of the clamping device.
  • the flange device comprises a second Mounting plate with mounting holes, which are arranged corresponding to corresponding standardized fasteners on the wellbore. Since there are various standard regulations worldwide, the clamping device can be easily adapted to the borehole by selecting the appropriate flange device with corresponding lower mounting plate having appropriately sized mounting holes for the respective borehole.
  • the first mounting plate comprises for screwing the flange device on the housing of the clamping device elongated holes. These can be designed in particular as a partial radius.
  • the flange device is placed on the wellbore and secured thereto.
  • the clamping device is placed on the flange and aligned so that the clamping device can be advantageously connected to existing lines, for example
  • the clamping device preferably has above the lateral through-hole for the clamping means of the clamping means or above the lateral
  • the clamping device thus assumes the additional function of a so-called FlowT device.
  • a subsequently installed clamping device should thus be able to be flexibly adapted to the arrangement of the drainage lines without having to change their course separately.
  • the first mounting plate has elongated holes, the Winkelelfeinjust ist and optimal alignment of the housing
  • Enable clamping device on the flange device The housing is placed in optimized alignment on the flange device and over the
  • the invention further relates to a method for spatially fixing a
  • Clamping device arranged, in particular clamping device, as has already been described above.
  • Delivery fluid passed through the clamping device.
  • Clamping device occupy at least a second operating position.
  • a first pressure or clamping force is applied to the drive shaft with the clamping device, which prevents the drive shaft from radially rotating.
  • a second pressure or clamping force is applied to the drive shaft, which clamps the drive shaft within the clamping device such that an axial movement of the drive shaft is prevented within the riser.
  • the second pressure or clamping force prevents the drive shaft from being moved axially within the riser.
  • the drive shaft can be sealed in the second operating position relative to the riser that no fluid can rise to the top.
  • the application of the respective pressure or clamping force for the radial and / or axial clamping of the drive shaft is effected by at least one clamping means and the sealing of the drive shaft relative to the riser by at least one sealing means of the clamping device.
  • the sealing of the drive shaft relative to the riser and the application of the respective pressure or clamping force for the radial and / or axial clamping of the drive shaft by a single sealing and clamping means consisting of a first and a second sealing and clamping device consists.
  • the sealing and clamping of the drive shaft by means of a clamping device described above.
  • the first clamping device described above.
  • Clamping device can be moved quickly within the second through hole in the direction of the first through hole. The displacement is limited by a within the clamping device. Subsequently, the pressure or clamping force is applied in a controlled manner by the second clamping device on the drive shaft.
  • the present invention describes a clamping device for a feed pump, in particular for a borehole eccentric pump, with which the drive shaft of the feed pump can be sealed in particular for maintenance and / or repair work and fixed axially and / or radially by clamping.
  • the three functions sealing, radial securing and axial securing can be realized either by a single sealing and clamping means consisting of a first and second sealing and clamping device. According to a preferred Embodiment, the three functions are each realized individually, preferably by two clamping means and a sealant.
  • the clamping means each consist of a first and second clamping means and the sealing means consists of a first and second sealing means.
  • the first and second clamping devices or the first and second sealing means are arranged in pairs opposite each other in horizontally aligned, lateral through holes.
  • Each clamping means comprises a first clamping device with which the drive shaft is spatially centered and a second clamping device, preferably with a hydraulic
  • Force increasing means is provided and the actual working pressure, i. the clamping or pressure force generated.
  • the clamping device according to the invention is in particular a manually operated safety valve to ensure safety during inspection and maintenance work on the drive unit or on the borehole, in particular in the
  • the clamping device is in the
  • the clamping device is arranged between the drive head of the feed pump and the wellhead.
  • the riser can be sealed against the drive shaft or the linkage and the drive shaft can be additionally fixed in place and in particular secured against radial rotation and / or axial displacement.
  • the position of the drive shaft can be fixed and secured in the axial direction and / or in the radial direction.
  • the fixation in the axial direction is particularly necessary for securing the drive shaft when suspending the linkage, for example when replacing the feed pump.
  • the securing in the radial direction is necessary in particular in the context of maintenance work on the feed pump and / or on the riser.
  • the radial fixation should in particular prevent the backspin of the drive shaft when stopping the feed pump.
  • clamping device With the clamping device according to the invention high clamping forces can be applied manually, in particular clamping forces sufficient to securely fix the drive shaft stationary within the riser, for example, if the drive head to be changed or further maintenance should be performed. Consequently can be dispensed with expensive, large accessories, which are commonly used to hold the drive shaft, which may have a weight of several tons.
  • the clamping device described here is especially for borehole pumps for drilling on land, that is onshore, provided, for example, a
  • the clamping device comprises in particular a quick-lock function.
  • Clamping device can be moved up to the drive shaft quickly.
  • the stop prevents the first clamping device from being too far in the first one
  • Through hole of the clamping device can be inserted and centered the drive shaft within the riser in the region of the clamping device. Subsequently, the necessary working pressure is applied via the second clamping device, wherein means may be provided which mark an operating position, up to which the clamping device can be inserted quickly. The remaining clamping or pressure force is then applied in a controlled manner, in particular by slow further insertion of the second clamping device in order to avoid excessive clamping and thus possible damage to the drive shaft.
  • Figure 1 shows a cross section through an embodiment of a clamping device according to the invention.
  • Figure 2 shows a schematic external view of a housing of a
  • FIG. 3 shows a schematic view of a housing and a first one
  • FIG. 4 shows a schematic external view of a housing, a first and a second clamping device of a clamping device.
  • FIG. 5 shows a schematic external view of a housing, a first and a second clamping device of a further embodiment of a clamping device.
  • Figure 6A shows the respective internally arranged free end portions of a first and a second clamping device.
  • FIG. 6B shows the seals associated with the clamping devices.
  • Figures 7A and 7B show various schematic views of a
  • FIG. 8A to 8D show various schematic views of an axially clamping clamping device.
  • Figure 9 shows a first embodiment of a radially clamping
  • FIG. 10 shows a schematic view of a second embodiment of a radially clamping clamping device.
  • Figures 1 1 A and 1 1 B show various schematic views of a
  • Embodiment of a clamping device with two clamping means and a sealant Embodiment of a clamping device with two clamping means and a sealant.
  • FIG. 1 shows a cross section through an embodiment according to the invention of a clamping device 1.
  • the clamping device 1 comprises a housing 2 with a first through-hole 5.
  • the drive shaft (not shown) of the feed pump is arranged in the first vertical through-hole 5.
  • the feed pump serves to convey a delivery fluid through the riser of a borehole.
  • the housing 2 has a second lateral through-hole 6, largely perpendicular to the first through-hole 5 impinges.
  • the second through-hole 6 is thus separated by the first through-hole 5 into two opposing partial regions, which are referred to below as the first lateral bore 6a and the second lateral bore 6b.
  • a first clamping device 10 and in the second lateral bore 6b a second clamping device 1 1 is arranged, which are each orthogonally displaceable to the drive shaft (not shown) and the first through hole 5 are stored.
  • the clamping devices 10, 1 1 each include seals 8, 8 * and thus also serve as sealing means to in
  • the drive shaft with respect to the riser or with respect to the extension of the riser forming through hole 5 within the clamping device 1 to seal upwards.
  • first and the second clamping device 10, 1 1 form a
  • Clamping device 1 can be clamped axially and / or radially.
  • clamping means 10, 1 1 of the clamping means so high clamping forces are applied, that with the clamping device 1, the entire weight of the drive shaft can be maintained when, for example, the drive head has to be maintained, repaired or replaced.
  • the clamping devices 10, 11 are arranged in a first working position in their respective lateral bores 6a, 6b such that the clamping devices 10, 11 do not clamp the drive shaft, but that conveying fluid can flow through the clamping device 1.
  • the housing 2 comprises above the second through-bore 6 at least one drainage bore 19, preferably a through-flow bore 19 * , which likewise meets the first through-bore 5 orthogonally.
  • the drain hole 19, 19 * at least substantially arranged at a 90 ° angle to the second through hole 6.
  • the passage-drain hole 19 * represents the function of a FlowT within the clamping device 1. That is about the passage-drain hole 19 * can be a direct connection between the
  • FIG. 1 shows a schematic external view of the housing 2 a
  • the Clamping device 1 In addition, a lower flange device 4 is shown.
  • the lower flange device 4 is designed in particular as an exchangeable module. By selecting the appropriate flange module, the clamping device 1 can be attached to each well, no matter what the standard.
  • the flange device 4 allows variable positioning of the clamping device 1 between the borehole and the drive head.
  • the flange device 4 comprises a first upper mounting plate 13 with mounting holes 17, with which the
  • Flange device 4 is fastened by means of screws 15 on the housing 2 of the clamping device 1. Furthermore, the flange device 4 comprises a second lower one
  • the mounting holes 16 of the second mounting plate 14 are arranged corresponding to corresponding normalized fasteners at the borehole. Because there are different
  • Standard regulations worldwide can by selecting the appropriate flange 4 with a mounting plate 14 with suitably dimensioned or suitable
  • the clamping device 1 are easily adapted for each hole.
  • the first fastening plate 13 For fastening the flange device 4 to the housing 2 by means of screws 15, the first fastening plate 13 comprises slot bores 17 * which extend radially in segments over the first fastening plate 13.
  • the clamping device 1 is aligned on the well, that it can be advantageously connected to existing lines, in particular on lines with which the delivery fluid is removed. The connection to existing lines is preferably carried out without their positioning or course must be changed.
  • FIG 3 shows a schematic view of a housing 2 and a first clamping device 10 of a clamping device 1.
  • the first clamping device 10 is inserted into the first lateral bore 6a.
  • the first clamping device 10 is a so-called clamping bolt 10 * .
  • the inside of the clamping device 1 in the direction of the first through hole 5 facing free end 20 of the first clamping bolt 10 * has a clamping portion 21 with contact surface 22.
  • the contact surface 22 is in particular formed as a concave notch perpendicular to the longitudinal axis of the first clamping bolt 10 * .
  • the concave notch is aligned so that it is parallel to the longitudinal axis of the drive shaft or parallel to the longitudinal axis Ls of the first through hole 5. If the clamping bolt 10 * is displaced as far as the stop 9 (see FIG. 1) into a second working position, then the drive shaft (not shown) is partially in form-locking manner in the concave area
  • FIG. 3 further shows a fastening device 23 for secure attachment of the first clamping device 10 to the housing 2 of the clamping device.
  • the rear free end 24 of the first clamping device 10 protrudes after the assembly of the first
  • the outwardly projecting free end 24 of the first clamping device 10 is formed as a hexagon and can be adjusted by means of a corresponding rotary key. The adjustment causes a longitudinal displacement of the first clamping device 10 within the second
  • FIG. 4 shows a schematic external view of a housing 2 of FIG.
  • Clamping device 1 1 is a so-called clamping bolt 1 1 * . That inside the
  • Clamping device 1 in the direction of the first through hole 5 facing free end 30 of the second clamping bolt 1 1 * has a clamping portion 31 with contact surface 32.
  • the contact surface 32 is formed in particular as a concave notch perpendicular to the longitudinal axis of the second clamping bolt 1 1 * .
  • the concave notch becomes like this
  • the second clamping bolt 1 1 * a compressive force is applied to the drive shaft, through which the drive shaft between the first and the second clamping bolt 10 * , 1 1 * against a radial
  • Clamping device also sealed towards the top against the through hole 5.
  • the pressure or clamping force which is necessary to securely clamp the drive shaft, may be significantly higher than the sealing force.
  • FIG. 4 further shows a fastening device 33 for secure attachment of the second clamping device 1 1 to the housing 2 of the clamping device 1.
  • the rear free end (not visible) of the second clamping device 1 1 projects beyond the housing 2 after assembly.
  • the outwardly projecting free end for example, also formed as a hexagon and can be adjusted by means of a corresponding rotary key. The adjustment causes a longitudinal displacement of the second clamping device 1 1 to the housing 2 of the clamping device 1.
  • FIG. 5 shows another one
  • Embodiment of a clamping device 1 a is associated with a hydraulic force increasing device 40.
  • the hydraulic force increasing device 40 operates on a principle P (40), which is a modification of the known principle of a hydraulic booster.
  • a conventional hydraulic booster a small movable piston in a small cylinder is connected to a large movable piston in a large cylinder via a pressure line.
  • a small force applied to the small movable piston generates a large force on the large movable piston.
  • Such a system can also be constructed without a pressure line and achieve the same desired effect. However, then a support of the entire system is necessary.
  • Figure 5B illustrates the principle P (40) of a modified hydraulic
  • Force increasing means as it is used in the clamping device 1 a.
  • the small cylinder 44 is static and the small piston 45 is movably arranged.
  • the large piston 47 is fixed or static and the large cylinder 46 instead is arranged to be movable.
  • a support means 50 is here associated with the large, static piston 47 and the small static cylinder 44.
  • the support device 50 is designed to be adjustable relative to the housing 2 of the clamping device 1 a in the form of a hollow spindle 50 * and can thus be used to adjust the second
  • FIG. 6A shows the respective inwardly disposed free end regions 20, 30 of a first and a second clamping device 10, 11 with seals 8, 8 * , which are shown once again individually in FIG. 6B.
  • the seals 8, 8 * run on the one hand transverse to the end faces of the free end portions 20, 30.
  • the seals 8, 8 * formed so that they described in connection with Figures 3 and 4 conical notches, the contact surfaces 22, 32 of the clamping devices 10, 1 1 with form the drive shaft, reshape.
  • This area is marked KB.
  • the seals 8, 8 * on a lower portion UB, with which they seal the clamping devices 10, 1 1 opposite the second through-hole 6 downwards.
  • Figures 7A and 7B show various schematic views of a
  • the free end portion of a second clamping device may be formed, for example, analogous thereto.
  • Figure 7A shows a
  • the free end 20 includes a receiving device 55 for a module insert 60.
  • the module insert 60 is arbitrarily exchangeable and prior to assembly of the clamping device 10b according to the intended use, in particular according to the weight of the drive shaft and other requirements the clamping device selected and mounted in the receiving device 55 of the free end portion 20.
  • Figure 7C shows a top view of a single replaceable module 60 as seen from above. The concave shaped contact surface 22 for clamping the
  • FIGS 8A and 8B show various schematic side views of free end portions 20b of axially clamping clamps (not shown) with a module insert 60b disposed in a receiver 55b of the free end 20b of the clamp 10b.
  • the axial clamping module 60b has a first interior space 65 with at least one oblique side wall 66. According to the embodiment shown in FIG. 8B, both side walls 66a, 66b are aligned obliquely with respect to the longitudinal axis L of the drive shaft 70.
  • the at least one oblique is aligned obliquely with respect to the longitudinal axis L of the drive shaft 70.
  • Side wall 66 extends within the clamping device from top to bottom in the direction of the first vertical through hole parallel to the drive shaft 70 of
  • first inner space 65 a plurality of rolling elements 67 arranged one above the other or obliquely one above the other.
  • first clamping device 10b and the second clamping device are moved so close to the drive shaft 70 that the drive shaft 70 bears against the respective contact surfaces 22b, 32.
  • the first clamping device 10b is moved up to the stop (see FIG. 1, reference numeral 9) and the drive shaft 70 is positively clamped between the concave indentations of the free end regions 20b, 30 of the clamping devices 10b, 11 (compare FIGS. 3, 4).
  • the cross-sectional area of the first inner space 65 within the clamping device decreases from top to bottom.
  • the diameter of the clamping or rolling elements 67 also decreases from top to bottom, that is to say the uppermost rolling element 67o is larger than the lowermost rolling element 67u.
  • FIG. 9 shows a plan view of a first embodiment of a radially clamping clamping device 10c.
  • the free end 20c of the clamping device 10c comprises a second inner space 70, which is arranged at least partially around the contact surface 22c for the drive shaft 70.
  • rolling elements 71 are arranged side by side in a plane which runs at least substantially orthogonally to the longitudinal axis L of the drive shaft 70.
  • the cross section of the second inner space 70 decreases counterclockwise GUZ and the diameter of the arranged in the second interior rolling elements 71 also decreases counterclockwise GUZ.
  • the drive shaft 70 can be clamped radially and thus a further rotational movement of the drive shaft 70 can be prevented.
  • the drive shaft 70 is clamped when it rotates counter to the intended direction of rotation for the pump drive rotary. in the
  • Embodiment provided that the drive shaft 70 is additionally clamped radially when the two clamping devices 10c, 1 1 each in their second
  • FIG. 10 shows a schematic view of a second embodiment of a radially clamping clamping device 10d.
  • a second inner space 72 with rolling elements 73 is likewise provided on the inner free end 20d of the clamping device 10d.
  • the cross-section of the second interior 72 decreases from the center in the clockwise direction UZ and counter to
  • clamping elements 73M arranged in the middle region have a larger diameter than those in the respective outer ones
  • Interior 72 also moves in a clockwise UZ or counterclockwise direction GUZ and at least a part of the rolling elements 73 jam in a
  • Drive shaft 70 is effectively prevented in clockwise UZ or counterclockwise GUZ.
  • FIGS. 11A and 11B show various schematic views of an embodiment of a clamping device 1e with two clamping means K1 and K2 and a sealing means D.
  • FIG. 11A shows a schematic plan view from above
  • FIG. 1B shows a schematic side view.
  • the first clamping device K1 -1 and K2-1 and second clamping device K1 -2 and K2-2 or the first and second sealing means D1, D2 are each pairwise opposite each other in horizontally oriented, lateral
  • each clamping means K1, K2 comprises a first clamping device K1 -1, K2-1 with stop, with which the drive shaft is spatially centered and a second clamping device K1 -2, K2-2, which is preferably provided with a hydraulic force increasing device and the actual working pressure , ie the clamping or pressure force generated.
  • Figure 1 1 B illustrates that the total of three lateral through holes 6 each in different positions along the longitudinal axis Ls of the first
  • Through holes 5 are arranged.
  • the first through hole 5 is vertically aligned after mounting the clamping device 1 e on the riser.
  • the other three lateral through holes 6 are arranged horizontally aligned.
  • the other three are lateral
  • the at least one lateral outflow bore 19 (see FIGS. 1 and 2) is not shown in this embodiment, but may be arranged at any position above the through hole 6D for the sealant D.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung zur Fixierung einer Antriebswelle einer Förderpumpe innerhalb einer Steigleitung eines Bohrlochs für die Förderung eines Förderfluids. Die Klemmvorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einer ersten Durchgangsbohrung, durch welche die Antriebswelle der Förderpumpe hindurchtritt. Die Klemmvorrichtung umfasst weiterhin wenigstens eine zweite seitliche Durchgangsbohrung, die orthogonal auf die erste Durchgangsbohrung auftrifft, wobei in der zweiten Durchgangsbohrung ein mechanisch wirkendes Klemmmittel aufgenommen und / oder geführt ist, mit dem die Antriebswelle der Förderpumpe im Gehäuse der Klemmvorrichtung axial und / oder radial festgelegt werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur ortsfesten, räumlich Fixierung einer Antriebswelle einer Förderpumpe in einer einem Bohrloch zugeordneten Steigleitung. Hierbei ist mindestens eine Klemmvorrichtung zwischen dem Bohrloch und einem der Antriebswelle zugeordneten Antriebskopf angeordnet ist. In einer ersten Betriebsstellung der Klemmvorrichtung wird Förderfluid durch die Klemmvorrichtung geleitet. In einer zweiten Betriebsstellung der Klemmvorrichtung wird mittels der Klemmvorrichtung eine erste Druck- oder Klemmkraft auf die Antriebswelle aufgebracht, die verhindert, dass sich die Antriebswelle radial verdreht. Alternativ oder zusätzlich kann mittels der Klemmvorrichtung eine zweite Druck- oder Klemmkraft auf die Antriebswelle aufgebracht werden, die verhindert, dass die Antriebswelle axial verrutscht.

Description

KLEMMVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ORTSFESTEN FIXIERUNG EINER
ANTRIEBSWELLE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung für eine Antriebswelle einer Förderpumpe und ein Verfahren zur ortsfesten Fixierung einer Antriebswelle einer Förderpumpe gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 13.
Stand der Technik
An Bohrstellen sind Absperrventile bekannt, die zur Absicherung gegen den Bohrlochdruck dienen und die bei einem drohenden Überdruck einen Blowout von Öl und/ oder Gas verhindern können, indem sie schnell gesperrt werden. Ein Beispiel hierfür sind so genannte Blow Out Preventer. Ein Blow Out Preventer - kurz BOP - ist eine am Bohrlochkopf eingebaute Ausrüstung, die während Bohr-, Inproduktionssetzungs-, Prüfoder Wartungsarbeiten zur Absicherung gegen den Bohrlochdruck im Ringraum zwischen Futterrohr und den Rohren oder in einem unverrohrten Bohrloch dient.
Bei einem BOP handelt es sich also um eine besondere Abschlusseinrichtung bzw. ein besonderes Absperrventil einer Förderpumpe an einer Bohrstelle, die bei plötzlichem Überdruck einen Öl- oder Gasausbruch verhindert. Im Weiteren wird für eine solche Abschlusseinrichtung die herkömmlich bekannte Abkürzung BOP verwendet. Der BOP dient insbesondere als zentrales Sicherheitselement bei einer Tiefbohrung. An einer Bohrstelle kann ein einzelnes Absperrventil angeordnet sein. Besonders bevorzugt werden jedoch mehrere Absperrventile zu einem BOP-Stapel kombiniert. Die BOPs werden beispielsweise durch eine starke Hydraulik betätigt. Die Verwendung mehrerer BOPs bedeutet auch eine redundante Auslegung im Hinblick auf hohe
Funktionssicherheit. Der BOP wird unmittelbar über dem Bohrloch angebracht. Bei unterseeischen Bohrungen befindet er sich damit direkt am Meeresboden.
Bekannte BOPs, wie beispielsweise in US 5,875,841 B beschrieben, umfassen ein zentrales Gehäuse mit einem Durchgang für das geförderte Medium und einem
Durchgang für eine Antriebs- bzw. Polierstange. Der Durchgang für die Antriebsstange stellt eine Öffnung für den Eintritt der Antriebsstange in das Bohrloch dar. Der BOP umfasst weiterhin ein Klemmbolzen- Paar - so genannte RAMs - das variabel angeordnet werden kann und somit eine Abdichtung um die Antriebs- bzw. Polierstange bildet, um ein unbeabsichtigtes Austreten von Medium zu verhindern.
US 5,765,813 B beschreibt einen BOP, wobei die abdichtende Gummischicht des RAM- Bolzens im Bereich der Abdichtflächen verstärkt ist. Die Verstärkung besteht darin, dass der RAM- Bolzenkern nach außen weisende Rippen umfasst. Die Rippen dienen dazu, der Extrusion der Gummischicht zu widerstehen, wenn der BOP hohem Druck ausgesetzt ist.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Klemmvorrichtung bereitzustellen, die dazu geeignet ist, zusätzlich zu der bekannten Abdichtfunktion, die Antriebswelle einer Förderpumpe bei Bedarf, beispielsweise bei Wartungsarbeiten, wenn der Antriebskopf gewechselt werden muss und so weiter, sicher zu fixieren. Die Aufgabe besteht insbesondere darin, eine Klemmvorrichtung bereitzustellen, Antriebswellen mit großer Masse sicher zu halten.
Die obige Aufgabe wird durch eine Klemmvorrichtung für die Antriebswelle einer Förderpumpe und ein Verfahren zur ortsfesten, räumlich Fixierung einer Antriebswelle einer Förderpumpe gelöst, die die Merkmale in den Patentansprüchen 1 und 13 umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung zur Fixierung einer Antriebswelle einer Förderpumpe in einer Steigleitung eines Bohrlochs, insbesondere dient die
Klemmvorrichtung der sicheren Klemmung der Antriebswelle. Die Klemmvorrichtung umfasst einen Sicherungsmechanismus für die Antriebswelle, der die Position der Antriebswelle insbesondere beim Abhängen des Gestänges einer Bohrvorrichtung und / oder bei Durchführung von Wartungsarbeiten räumlich mechanisch fixiert.
Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung stellt insbesondere keinen herkömmlich bekannten Blow Out Preventer beziehungsweise BOP dar, da nicht vorgesehen ist, die Bohrleitung durch die Klemmvorrichtung komplett abzusperren, um somit einen Ausbruch von Förderfluid zu verhindern. Die Steigleitung des Bohrlochs dient der Förderung eines Förderfluids mittels einer Förderpumpe mit Antriebswelle. Die Antriebswelle ist beispielsweise Bestandteil einer Exzenterpumpe oder einer so genannten beam pump beziehungsweise Pferdekopfpumpe mit Gestänge. Die Klemmvorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einer ersten
Durchgangsbohrung, durch welche die Antriebswelle der Förderpumpe hindurchtritt.
Weiterhin umfasst das Gehäuse der Klemmvorrichtung eine zweite seitliche Durchgangsbohrung, die orthogonal auf die erste Durchgangsbohrung auftrifft. In der zweiten Durchgangsbohrung ist ein mechanisch wirkendes Klemmmittel aufgenommen und / oder geführt. Mit dem Klemmmittel kann die Antriebswelle der Förderpumpe im Gehäuse der Klemmvorrichtung axial und / oder radial geklemmt bzw. festgelegt werden.
Insbesondere wird die Antriebswelle durch das mindestens eine Klemmmittel der Klemmvorrichtung derart ortsfest fixiert, dass das Gewicht der Antriebswelle und gegebenenfalls weiterer an der Antriebswelle angeordneter Komponenten der
Förderpumpe innerhalb der Steigleitung durch die Klemmvorrichtung gehalten wird. Das heißt aber, dass über die Klemmvorrichtung derart hohe Klemmkräfte auf die
Antriebswelle aufgebracht werden müssen, die ein Gewicht von bis zu mehreren Tonnen halten können, da die Antriebswelle in Abhängigkeit von der Tiefe der Bohrung mehrere hundert, bis zu 1600m oder mehr als 1600m Längserstreckung aufweisen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das
Klemmmittel eine erste und eine zweite Klemmeinrichtung. Die beiden
Klemmeinrichtungen sind jeweils einander gegenüberliegend, zu beiden Seiten der ersten Durchgangsbohrung, in der zweiten Durchgangsbohrung angeordnet. Insbesondere trennt die erste Durchgangsbohrung die zweite Durchgangsbohrung in eine erste und eine zweite seitliche Öffnung. Die erste Klemmeinrichtung ist beispielsweise in der ersten seitlichen Bohrung angeordnet und die zweite Klemmeinrichtung ist in der zweiten seitlichen Bohrung angeordnet. Weiterhin sind die beiden Klemmeinrichtungen jeweils orthogonal zu der Längsachse der Antriebwelle verschieblich. Vorzugsweise ist der ersten Klemmeinrichtung ein Anschlag zugeordnet, der den Verschiebeweg in Richtung der Antriebwelle begrenzt. Der Anschlag ist notwendig für eine korrekte Zentrierung bei der räumlichen Fixierung der Antriebswelle innerhalb der Steigleitung. Die Fixierung erfolgt insbesondere durch eine Klemmung der Antriebswelle zwischen den beiden
Klemmeinrichtungen. Über die zweite Klemmeinrichtung wird die notwendige Druck- und / oder Klemmkraft auf die Antriebswelle aufgebracht. Die Zentrierung der Antriebswelle mittels Anschlag ist insbesondere dann wichtig, wenn die beiden Klemmeinrichtungen nicht zeitgleich und synchron an die Antriebswelle herangeführt werden. Durch die Begrenzung der Bewegung der zentrierenden ersten Klemmeinrichtung wird die
Antriebswelle innerhalb der Steigleitung zentriert, bevor bzw. während die zweite Klemmeinrichtung an die Antriebswelle herangefahren wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste
Klemmeinrichtung in mindestens eine erste Arbeitsposition oder eine zweite
Arbeitsposition positioniert beziehungsweise verfahren werden kann. In der ersten Arbeitsposition ist keine Wirkverbindung zwischen der ersten Klemmeinrichtung und der Antriebswelle ausgebildet. Somit kann Förderfluid durch die Klemmvorrichtung geleitet werden. In der zweiten Arbeitsposition der ersten Klemmeinrichtung ist diese soweit innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung in Richtung der ersten Durchgangsbohrung verschoben, dass die erste Klemmeinrichtung an dem Anschlag und der Antriebswelle anliegt und die Anordnung der Antriebswelle innerhalb der Steigleitung in der
Klemmvorrichtung zentriert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Klemmeinrichtung ebenfalls in mindestens eine erste Arbeitsposition oder in mindestens eine zweite Arbeitsposition bringbar ist. In der ersten Arbeitsposition ist keine Wirkverbindung zwischen der zweiten Klemmeinrichtung und der Antriebswelle ausgebildet. Somit kann Förderfluid durch die Klemmvorrichtung geleitet werden. In der zweiten Arbeitsposition der zweiten Klemmeinrichtung ist diese soweit innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung in Richtung der ersten Durchgangsbohrung verschoben, dass die zweite Klemmeinrichtung an der Antriebswelle anliegt und gegen die
Antriebswelle gepresst wird. Dadurch wird die notwendige Klemmkraft auf die
Antriebswelle aufgebracht, um die Antriebswelle zu fixieren. Die Klemmvorrichtung umfasst mindestens ein Dichtmittel, um die Antriebswelle innerhalb der Klemmvorrichtung gegen die Steigleitung abzudichten beziehungsweise um die Antriebswelle mit der Steigleitung dichten zu verbinden und somit zu verhindern, dass weiterhin Förderfluid nach oben steigt, wenn die Antriebswelle statisch ist und in der Klemmvorrichtung geklemmt ist. Ein geeignetes Dichtmittel besteht vorzugsweise aus einem ersten und einem zweiten Dichtblock, die orthogonal zu Antriebswelle
gegeneinander geführt werden und die Antriebswelle abdichtend umschließen, so dass kein Förderfluid nach oben steigen kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet das Klemmmittel zudem das Dichtmittel aus. Insbesondere umfasst das Klemmmittel Dichtelemente, die die
Antriebswelle gegen die Steigleitung abdichten können. In diesem Fall ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Klemmeinrichtung in ihrer zweiten Arbeitsposition die Antriebswelle gemeinsam komplett umgreifen. Sind die Dichtmittel dagegen als zusätzliche Bestandteile der Klemmvorrichtung ausgebildet, so können die ersten und zweiten Klemmeinrichtungen derart ausgebildet sein, dass sie in ihrer jeweiligen zweiten Arbeitsposition die Antriebswelle nicht komplett umgreifen. In diesem Fall kann eine Klemmung, die sich nur um Teil- Umfangsbereiche der Antriebswelle erstreckt, ausreichen.
In einer ersten Betriebsstellung der Klemmvorrichtung liegen sowohl die erste als auch die zweite Klemmeinrichtung des Klemmmittels vorzugsweise in ihrer jeweiligen ersten Arbeitsposition vor. Das heißt, die Klemmvorrichtung ist in der ersten
Betriebsstellung für das Förderfluid offen, so dass dieses mittels der Förderpumpe durch die Klemmvorrichtung geleitet werden kann. In einer zweiten Betriebsstellung der Klemmvorrichtung haben sowohl die erste als auch die zweite Klemmeinrichtung vorzugsweise ihre jeweilige zweite Arbeitsposition eingenommen. In diesem Fall wird die Antriebswelle gegenüber der Steigleitung mechanisch fixiert. Insbesondere ist die Antriebswelle in der zweiten Betriebsstellung innerhalb der Klemmvorrichtung durch die Klemmeinrichtung des Klemmmittels gegen ein Verdrehen gesichert und / oder die
Antriebswelle ist in der zweiten Betriebsstellung innerhalb der Klemmvorrichtung durch die Klemmeinrichtung des Klemmmittels gegen ein axiales Verschieben gesichert. In einer weiteren möglichen Betriebsstellung der Klemmvorrichtung, in der beispielsweise die erste Klemmeinrichtung in der zweiten Arbeitsposition vorliegt, aber die zweite
Klemmeinrichtung noch nicht an die Antriebswelle herangeführt worden ist und somit in ihrer ersten Arbeitsposition oder einer Zwischenstellung zwischen der ersten und zweiten Arbeitsposition vorliegt, ist ebenfalls Förderfluid durch die Klemmvorrichtung leitbar. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der das Klemmmittel gleichzeitig auch als Dichtmittel ausgebildet ist, wird die Antriebswelle nicht nur mechanisch fixiert, sondern auch gegenüber der Steigleitung abgedichtet. Insbesondere wird der Durchtritt von Fluid durch die als Dichtmittel ausgebildeten Klemmmittel verhindert.
Das Sichern der Antriebswelle gegen ein Verdrehen und / oder Verrutschen im Bereich der Klemmvorrichtung, insbesondere in Kombination mit einem zeitgleichen Abdichten der Steigleitung nach oben hin, ist notwendig, um Servicearbeiten am
Bohrloch, der Steigleitung, der Förderpumpe oder ähnlichem durchzuführen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass mit der zweiten Klemmeinrichtung eine Kraft auf die Antriebswelle aufgebracht wird. Dies kann manuell geschehen, indem
beispielsweise eine Handspindel zur Längsverschiebung der zweiten Klemmeinrichtung innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung verwendet wird. Weiterhin ist ein motorischer Antrieb denkbar. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweiten Klemmeinrichtung eine hydraulische Krafterhöhungseinrichtung zugeordnet, zur
Erzeugung des notwendigen Arbeitsdrucks an dem der ersten Durchgangsbohrung zugewandten freien Ende der zweiten Klemmeinrichtung. Dadurch kann die zweite
Klemmeinrichtung mit geringerem Kraftaufwand stärker an die Antriebswelle angepresst werden. Um die notwendige Klemmkraft aufzubringen müssen mit einer konventionellen Spindel als zweite Klemmeinrichtung ca. 2000 Nm Anzugsmoment erzeugt werden. Wird dagegen eine Krafterhöhungseinrichtung verwendet, so ist es ausreichend, eine
Klemmkraft von ca. 60 Nm aufzubringen. Das bedeutet insbesondere, dass bei
Verwendung einer hydraulischen Krafterhöhungseinrichtung auch ausreichend hohe Klemmkräfte manuell erzeugt werden können.
Die Klemmeinrichtungen weisen Betätigungselemente auf, über die die
Klemmeinrichtungen mit Hilfe von Werkzeugen innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung orthogonal zu Längsachse der Antriebswelle bewegt werden können. Beispielsweise weisen die Klemmeinrichtung an ihren entgegen der ersten Durchgangsbohrung ausgerichteten freien Enden jeweils Aufnahmen für Drehschlüssel oder Ähnlichem auf oder aber die freien Enden sind als Sechskant ausgebildet etc. Über die
Betätigungselemente wird mit entsprechenden Werkzeugen eine Verschiebung in Längsrichtung der jeweiligen ersten und zweiten Klemmeinrichtungen innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung der Klemmvorrichtung bewirkt. Da mittels der ersten Klemmeinrichtung kein Arbeitsdruck aufgebracht werden muss, ist die Kraft, die für die Verstellung notwendig ist, gering im Vergleich zur Kraft, die für die Verstellung und Einstellung der zweiten Klemmeinrichtung benötigt wird. Um die notwendige Klemmkraft an der zweiten Klemmeinrichtung aufzubringen, müsste der zu verwendende
Drehschüssel mit einem entsprechend großen Hebel ausgerüstet sein, das heißt das Werkzeug muss ausreichend groß dimensioniert werden. Bei Verwendung einer der zweiten Klemmeinrichtung zugeordneten hydraulischen Krafterhöhungseinrichtung kann das benötigte Werkzeug kleiner dimensioniert werden. Insbesondere kann dann zur Verstellung der ersten und zweiten Klemmeinrichtung dasselbe Werkzeug herangezogen werden.
Vorzugsweise ist die Klemmvorrichtung modular aufgebaut, das heißt es gibt mindestens ein Gehäusemodul mit den beschriebenen ersten und zweiten
Durchgangsbohrungen, ein erstes Klemmeinrichtungsmodul und ein zweites
Klemmeinrichtungsmodul. In Abhängigkeit vom Durchmesser der Antriebswelle müssen die in Richtung der ersten Durchgangsbohrung weisenden freien Endbereiche der Klemmeinrichtungen des Klemmmittels entsprechend dimensioniert ausgebildet sein, um die Antriebswelle jeweils bereichsweise seitlich umschließen und klemmen zu können. Insbesondere muss die zweite Klemmeinrichtung des Klemmmittels in Abhängigkeit von dem zu tragenden Gewicht der Antriebswelle und gegebenenfalls weiterer daran angeordneter Komponenten korrekt dimensioniert werden, damit die Klemmmittel das Gewicht des so genannten Bohrgestänges auch sicher halten können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die
Klemmvorrichtung zwei weitere seitliche Durchgangsbohrungen, die jeweils zumindest weitgehend orthogonal auf die erste Durchgangsbohrung auftreffen. Vorzugsweise sind die insgesamt drei seitlichen Durchgangsbohrungen jeweils in unterschiedlichen
Positionen entlang der Längsachse der ersten Durchgangsbohrungen angeordnet. Die erste Durchgangsbohrung ist nach Montage der Klemmvorrichtung an der Steigleitung vertikal ausgerichtet beziehungsweise parallel zur Längserstreckung der Steigleitung orientiert. Dementsprechend sind die insgesamt drei seitlichen Durchgangsbohrungen horizontal ausgerichtet angeordnet. Vorzugsweise sind die drei seitlichen
Durchgangsbohrungen in unterschiedlichen Höhen des Gehäuses der Klemmvorrichtung angebracht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in den zwei weiteren seitlichen Durchgangsbohrungen ein weiteres Klemmmittel und ein Dichtmittel angeordnet. Das weitere Klemmmittel umfasst - wie bereits das oben beschriebene Klemmmittel - zwei einander gegenüberliegend angeordnete Klemmeinrichtungen, insbesondere eine erste Klemmeinrichtung mit Anschlag zur räumlichen Zentrierung der Antriebswelle und eine zweite Klemmeinrichtung zur Aufbringung einer Klemmkraft beziehungsweise eines Arbeitsdrucks auf die Antriebswelle. Das Dichtmittel umfasst zwei einander gegenüberliegend angeordnete Dichteinrichtungen zum Abdichten der
Antriebswelle gegenüber der Steigleitung. Vorzugsweise kann durch jedes der zwei aus jeweils erster und zweiter
Klemmeinrichtung bestehenden Klemmmittel eine Kraft in einer definierten Richtung auf die Antriebswelle aufgebracht werden. Gemäß einer Ausführungsform sind die
Richtungen mit denen die Kräfte aufgebracht werden jeweils unterschiedlich gerichtet. Insbesondere ist das erste Klemmmittel für die radiale Absicherung vorgesehen und umfasst Klemmeinrichtungen, die speziell für die radiale Klemmung der Antriebswelle ausgebildet sind und die Antriebswelle gegen ein Verdrehen absichern. Das zweite Klemmmittel ist für die axiale Absicherung vorgesehen und umfasst Klemmeinrichtungen zum axialen Klemmen der Antriebswelle, um die Antriebswelle gegen ein axiales
Verschieben abzusichern. Die Dichtelemente dienen nur zum Abdichten der Steigleitung gegenüber der Antriebswelle, um einen ungewünschten nach oben gerichteten Austritt des Förderfluids zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst mindestens eine
Klemmeinrichtung des ersten Klemmmittels einer Klemmvorrichtung einen ersten
Innenraum mit mindestens einer schrägen Seitenwand. Die mindestens eine schräge
Seitenwand verläuft innerhalb der Klemmvorrichtung von oben nach unten in Richtung der ersten vertikalen Durchgangsbohrung, die parallel zur Antriebswelle der Förderpumpe verläuft. In dem ersten Innenraum sind mindestens zwei erste kugelförmige oder kugelähnliche Klemmelemente zumindest weitgehend übereinander angeordnet. Die Antriebswelle kann mit Hilfe der mindestens zwei ersten Klemmelemente geklemmt werden, was eine nach unten gerichtete Axialbewegung der Antriebswelle verhindert. Insbesondere weist die der Antriebswelle abgewandte Seite des ersten Innenraums eine schräge Wand auf und die Querschnittsfläche des ersten Innenraumes verringert sich von oben nach unten. Der Durchmesser der Klemmelemente nimmt von oben nach unten ebenfalls ab, das heißt das oberste Klemmelement ist größer als das unterste
Klemmelement. Rutscht nun die Antriebswelle nach unten, so reiben die ersten
Klemmelemente entlang der schrägen Seitenwand und bewegen sich im ersten
Innenraum nach unten. Dadurch, dass sich der Querschnitt des ersten Innenraums aufgrund der schrägen Seitenwand nach unten hin verengt, verkeilen sich die ersten Klemmelemente innerhalb des ersten Innenraums und klemmen so die Antriebswelle fest. Damit wird eine weitere nach unten gerichtete Axialbewegung der Antriebswelle wirksam verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst mindestens eine
Klemmeinrichtung des zweiten Klemmmittels der Klemmvorrichtung einen zweiten Innenraum, der zumindest teilweise um die erste Durchgangsbohrung herum angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Bodenfläche weitgehend orthogonal zur Längsachse der Antriebswelle bzw. zur Längsachse der Steigleitung ausgerichtet. In dem zweiten
Innenraum sind mindestens zwei zweite kugelförmige oder kugelähnliche Klemmelemente nebeneinander in einer Ebene zumindest weitgehend orthogonal zur Längsachse der ersten Durchgangsbohrung beziehungsweise orthogonal zur Längsachse der
Antriebswelle angeordnet. Mittels der zweiten Klemmelemente kann die Antriebswelle radial geklemmt und somit eine weitere Rotationsbewegung der Antriebswelle
unterbunden werden. Insbesondere wird die Antriebswelle geklemmt und somit blockiert, wenn Sie sich entgegen der vorgesehenen Drehrichtung für den Pumpenantrieb dreht. Eine solche Drehbewegung kann beispielsweise dann entstehen, wenn der Antriebskopf ausfällt. Da die Antriebsgestänge von Förderpumpen für Bohrlöcher bis zu 1 .600 m lang sind, entsteht im Bereich zwischen Antrieb und Pumpe eine Torsion des
Antriebsgestänges. Wird die Antriebswelle vom Motor entkoppelt, erfolgt ein schnelles Entdrehen. Auch wenn beispielsweise der Riemen des Antriebs gerissen ist, so beschleunigt das Antriebsrad am oberen Ende der Antriebswelle unter Umständen so stark, dass es zerbrechen kann.
Gemäß einer Ausführungsform verkleinert sich der Querschnitt des zweiten Innenraums entgegen dem Uhrzeigersinn und der Durchmesser der im zweiten
Innenraum angeordneten Klemmelemente verkleinert sich ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn. Sind nun beide Klemmeinrichtungen in ihrer jeweiligen zweiten
Arbeitsposition angeordnet, so dass die Antriebswelle zwischen den beiden
Klemmeinrichtungen geklemmt ist, und bewegt sich die Antriebswelle entgegen dem Uhrzeigersinn, dann werden die mindestens zwei Klemmelemente innerhalb des zweiten Innenraums ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt und verklemmen die
Antriebswelle somit stärker, wodurch eine weitere Rotation der Antriebswelle entgegen dem Uhrzeigersinn wirksam unterbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verkleinert sich der Querschnitt des zweiten Innenraums jeweils von der Mitte ausgehend in und entgegen dem Uhrzeigersinn. Korrespondierend weisen die im mittleren Bereich angeordneten Klemmelemente einen größeren Durchmesser als die in den jeweilig äußeren Endbereichen des zweiten
Innenraums angeordneten Klemmelemente auf. Sind nun beide Klemmeinrichtungen in ihrer jeweiligen zweiten Arbeitsposition angeordnet, so dass die Antriebswelle zwischen den beiden Klemmeinrichtungen geklemmt ist, und will sich die Antriebswelle in oder entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, dann werden die Klemmelemente innerhalb des zweiten Innenraums ebenfalls in und entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt und zumindest ein Teil der Klemmelemente verklemmen, so dass eine weitere Rotation der Antriebswelle in oder entgegen dem Uhrzeigersinn wirksam unterbunden wird. Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung kann somit folgende Funktionen bedienen:
1 . Die Klemmvorrichtung kann eine erste Druck- und / oder Klemmkraft aufbringen, die verhindert, dass sich die Antriebswelle radial verdreht. Eine erste Funktion besteht somit im Absichern gegen ein Verdrehen der Antriebswelle. UND / ODER
2. Die Klemmvorrichtung kann eine zweite Druck- und / oder Klemmkraft aufbringen, mit welcher die Antriebswelle axial geklemmt wird, um die Axiallast - genauer die unten nach wirkende Masse beziehungsweise Gewichtskraft des Bohrgestänges - aufzunehmen. Eine zweite Funktion besteht dementsprechend im Absichern gegen ein axiales Verschieben der Antriebswelle.
UND / ODER
3. Wie herkömmlich bekannte Absperrventile kann mittels der Klemmvorrichtung eine Steigleitung gegenüber der Antriebswelle nach oben hin abgedichtet werden, so dass kein Förderfluid nach oben austreten kann. Eine dritte Funktion besteht somit im Abdichten der Antriebswelle gegenüber der Steigleitung für das Förderfluid.
Eine weitere Nebenfunktion der Klemmvorrichtung besteht im aktiven Durchleiten des Förderfluids durch die Steigleitung bei sich drehender Antriebswelle, das heißt im normalen Betriebsmodus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Klemmvorrichtung ein erstes Klemmmittel mit einem ersten Innenraum mit schräger Seitenwand und Klemmelementen zur axialen Klemmung der Antriebswelle umfasst, weiterhin ein zweites Klemmmittel mit einem zweiten Innenraum und Klemmelementen zur radialen Klemmung der Antriebswelle, sowie ein Dichtmittel zum Abdichten der Antriebswelle gegenüber der Steigleitung. Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst die Klemmvorrichtung ein Klemm- und Dichtmittel, wobei die erste Klemmeinrichtung einen ersten Innenraum mit schräger Seitenwand und Klemmelemente zur axialen Klemmung der Antriebswelle umfasst und wobei die zweite Klemmeinrichtung einen zweiten Innenraum und
Klemmelemente zur radialen Klemmung der Antriebswelle und wobei die zur ersten Durchgangsbohrung hin ausgerichteten freien Enden der ersten und zweiten
Klemmeinrichtung die Außenmantelfläche der Antriebswelle innerhalb der
Klemmvorrichtung vollumfassend gegenüber der Steigleitung abdichten.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst die
Klemmvorrichtung ein so genanntes Klemm- und Dichtmittel, wobei die erste
Klemmeinrichtung des Klemm- und Dichtmittels einen ersten Innenraum mit schräger Seitenwand und Klemmelemente zur axialen Klemmung der Antriebswelle umfasst und wobei die erste Klemmeinrichtung einen zweiten Innenraum und Klemmelemente zur radialen Klemmung der Antriebswelle und wobei die zur ersten Durchgangsbohrung hin ausgerichteten freien Enden der ersten und zweiten Klemmeinrichtung die
Außenmantelfläche der Antriebswelle innerhalb der Klemmvorrichtung vollumfassend gegenüber der Steigleitung abdichten.
Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung ist für den Einbau zwischen einem Bohrloch und der Steigleitung zur Förderung eines Förderfluids vorgesehen. Die
Klemmvorrichtung umfasst einen oberen Befestigungsbereich zur Befestigung an einem mit der Steigleitung verbundenen Antriebskopf und einen unteren Befestigungsbereich zur Befestigung an dem Bohrloch. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der untere und / oder der obere Befestigungsbereich einen modular aufgebauten, auswechselbaren Flansch umfasst. Insbesondere kann der untere Flansch Mittel zu Winkeleinstellung umfassen, so dass die Anordnung bzw. Positionierung der Klemmvorrichtung auf dem Bohrloch vorzugsweise stufenlos einstellbar ist, insbesondere so dass eine stufenlose
Winkeleinstellung der Klemmvorrichtung auf dem Bohrloch möglich ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die untere Flanschvorrichtung als Modul vorgesehen, dass in der Anwendung entsprechender Größe ausgewählt und an dem Gehäuse der Klemmvorrichtung befestigt wird. Die untere Flanschvorrichtung ist so ausgebildet, dass sie eine variable Ausrichtung des Gehäuses der Klemmvorrichtung zwischen dem Bohrloch und dem Antriebskopf ermöglicht. Die Flanschvorrichtung umfasst eine erste Befestigungsplatte, mit der die Flanschvorrichtung am Gehäuse der Klemmvorrichtung verschraubt wird. Weiterhin umfasst die Flanschvorrichtung eine zweite Befestigungsplatte mit Befestigungsbohrungen, die korrespondierend zu entsprechenden, normierten Befestigungseinrichtungen am Bohrloch angeordnet sind. Da es verschiedene Normvorschriften weltweit gibt, kann die Klemmvorrichtung durch Auswahl der geeigneten Flanschvorrichtung mit entsprechender unterer Befestigungsplatte, die geeignet dimensionierte Befestigungsbohrungen für das jeweilige Bohrloch aufweist, einfach an das Bohrloch angepasst werden.
Die erste Befestigungsplatte umfasst zur Verschraubung der Flanschvorrichtung am Gehäuse der Klemmvorrichtung Langlochbohrungen. Diese können insbesondere als Teilradius ausgebildet sein. Zuerst wird die Flanschvorrichtung auf dem Bohrloch angeordnet und an diesem befestigt. Anschließend wird die Klemmvorrichtung auf die Flanschvorrichtung aufgesetzt und so ausgerichtet, dass die Klemmvorrichtung vorteilhaft an bestehende Leitungen angeschlossen werden kann, beispielsweise an
Abflussleitungen, über die das Förderfluid der weiteren Verarbeitung zugeführt wird. Die Klemmvorrichtung weist vorzugsweise oberhalb der seitlichen Durchgangsbohrung für die Klemmeinrichtungen des Klemmmittels bzw. oberhalb der seitlichen
Durchgangsbohrungen für die Dichteinrichtungen des Dichtmittels mindestens eine weitere orthogonal zur ersten Durchgangsbohrung ausgerichtete, auf die erste
Durchgangsbohrung treffende Abflussbohrung auf, über die das Förderfluid abgeleitet werden kann. Die Klemmvorrichtung übernimmt somit zusätzlich die Funktion einer so genannten FlowT- Vorrichtung. Insbesondere bei bereits auf einem Ölfeld angelegten Abflussleitungen sollte eine nachträglich eingebaute Klemmeinrichtung somit flexibel an die Anordnung der Abflussleitungen angepasst werden können, ohne dass deren Verlauf extra geändert werden muss. Die erste Befestigungsplatte weist Langlochbohrungen auf, die eine Winkelfeinjustierung und optimale Ausrichtung des Gehäuses der
Klemmvorrichtung auf der Flanschvorrichtung ermöglichen. Das Gehäuse wird in optimierter Ausrichtung auf der Flanschvorrichtung aufgesetzt und über die
Langlochbohrungen mit dieser verschraubt. Herkömmlicherweise haben feste
Befestigungsbohrungen die Ausrichtung nur in definierten Winkelabständen ermöglicht, die Langlöcher ermöglichen nunmehr eine stufenlose Ausrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum räumlich Fixierung einer
Antriebswelle in einer einem Bohrloch zugeordneten Steigleitung. Zwischen Bohrloch und einem der Antriebswelle zugeordneten Antriebskopf ist mindestens eine
Klemmvorrichtung angeordnet, insbesondere Klemmvorrichtung, wie sie oben bereits beschrieben worden ist. In einer ersten Betriebsstellung der Klemmvorrichtung wird Förderfluid durch die Klemmvorrichtung geleitet. Erfindungsgemäß kann die
Klemmvorrichtung mindestens eine zweite Betriebsstellung einnehmen. In der zweiten Betriebsstellung wird mit der Klemmvorrichtung eine erste Druck- oder Klemmkraft auf die Antriebswelle aufgebracht, die verhindert, dass sich die Antriebswelle radial verdreht. Zusätzlich oder alternativ wird eine zweite Druck- oder Klemmkraft auf die Antriebswelle aufgebracht, die die Antriebswelle innerhalb der Klemmvorrichtung derart klemmt, dass eine axiale Bewegung der Antriebswelle innerhalb der Steigleitung verhindert wird.
Insbesondere verhindert die zweite Druck- oder Klemmkraft, dass die Antriebswelle innerhalb der Steigleitung axial bewegt wird. Weiterhin kann die Antriebswelle in der zweiten Betriebsstellung so gegenüber der Steigleitung abgedichtet werden, dass kein Fördermedium nach oben steigen kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Aufbringen der jeweiligen Druck- oder Klemmkraft für die radiale und / oder axiale Klemmung der Antriebswelle durch jeweils mindestens ein Klemmmittel und das Abdichten der Antriebswelle gegenüber der Steigleitung durch mindestens ein Dichtmittel der Klemmvorrichtung. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Abdichten der Antriebswelle gegenüber der Steigleitung und das Aufbringen der jeweiligen Druck- oder Klemmkraft für die radiale und / oder axiale Klemmung der Antriebswelle durch ein einziges Dicht- und Klemmmittel, das aus einer ersten und einer zweiten Dicht- und Klemmeinrichtung besteht.
Vorzugsweise erfolgt das Abdichten und Klemmen der Antriebswelle mittels einer oben beschriebenen Klemmvorrichtung. Insbesondere kann hierbei die erste
Klemmeinrichtung schnell innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung in Richtung der ersten Durchgangsbohrung verschoben werden. Der Verschiebeweg wird durch einen innerhalb der Klemmvorrichtung begrenzt. Anschließend wird die Druck- oder Klemmkraft kontrolliert durch die zweite Klemmeinrichtung auf die Antriebswelle aufgebracht.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Klemmvorrichtung für eine Förderpumpe, insbesondere für eine Bohrloch- Exzenterpumpe, mit welchem die Antriebswelle der Förderpumpe insbesondere für Wartungs- und / oder Reparaturarbeiten abgedichtet und axial und / oder radial klemmend fixiert werden kann.
Die drei Funktionen Abdichten, radiales Sichern und axiales Sichern können entweder durch ein einziges Dicht- und Klemmmittel bestehend aus einer ersten und zweiten Dicht- und Klemmeinrichtung realisiert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die drei Funktionen jeweils einzeln, vorzugsweise durch zwei Klemmmittel und einem Dichtmittel realisiert. Die Klemmmittel bestehen jeweils aus einer ersten und zweiten Klemmeinrichtung und das Dichtmittel besteht aus einer ersten und zweiten Dichteinrichtung. Die ersten und zweiten Klemmeinrichtungen beziehungsweise die ersten und zweiten Dichtmittel sind jeweils paarweise einander gegenüberliegend in horizontal ausgerichteten, seitlichen Durchgangsbohrungen angeordnet. Bei der
Verwendung von zwei Klemmmitteln und einem Dichtmittel ist jeweils ein Klemmmittel bestehend aus einer ersten und einer zweiten Klemmeinrichtung für eine Kraft, die jeweils in einer definierten Richtung aufgebracht wird, vorgesehen. Jedes Klemmmittel umfasst eine erste Klemmeinrichtung, mit der die Antriebswelle räumlich zentriert wird und eine zweite Klemmeinrichtung, die vorzugsweise mit einer hydraulischen
Krafterhöhungseinrichtung versehen ist und den eigentlichen Arbeitsdruck, d.h. die Klemm- oder Druckkraft, erzeugt.
Bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung handelt es sich insbesondere um ein manuell bedientes Sicherheitsventil zur Gewährleistung der Sicherheit bei Kontroll- und Wartungsarbeiten an der Antriebseinheit bzw. am Bohrloch, insbesondere im
Stillstand der Förderpumpe. Insbesondere findet die Klemmvorrichtung bei der
Bohrlochkontrolle Verwendung. Die Klemmvorrichtung ist zwischen dem Antriebskopf der Förderpumpe und dem Bohrlochkopf angeordnet. Die Steigleitung kann gegenüber der Antriebswelle bzw. dem Gestänge abgedichtet werden und die Antriebswelle kann zusätzlich ortsfest fixiert werden und insbesondere gegen ein radiales Verdrehen und / oder ein axiales Verschieben gesichert werden.
Mit der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung kann die Position der Antriebswelle in axialer Richtung und / oder in radialer Richtung fixiert und gesichert werden. Die Fixierung in axialer Richtung ist insbesondere notwendig zum Sichern der Antriebswelle beim Abhängen des Gestänges, beispielsweise beim Austausch der Förderpumpe. Das Sichern in radialer Richtung ist insbesondere im Rahmen von Wartungsarbeiten an der Förderpumpe und / oder an der Steigleitung notwendig. Die radiale Fixierung soll insbesondere den Backspin der Antriebswelle beim Anhalten der Förderpumpe verhindern.
Mit der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung können hohe Klemmkräfte manuell aufgebracht werden, insbesondere Klemmkräfte die ausreichen, um die Antriebswelle sicher ortsfest innerhalb der Steigleitung zu fixieren, wenn beispielsweise der Antriebskopf gewechselt werden soll oder weitere Wartungsarbeiten durchgeführt werden sollen. Somit kann auf teure, große Zusatzgeräte verzichtet werden, die herkömmlicherweise verwendet werden, um die Antriebswelle, die ein Gewicht von mehreren Tonnen aufweisen kann, zu halten.
Die hier beschriebene Klemmvorrichtung ist insbesondere für Bohrloch- Pumpen bei Bohrungen an Land, das heisst onshore, vorgesehen, um beispielsweise einen
Austausch des Antriebs der verwendeten Förderpumpe zu ermöglichen, ohne aufwendige Sicherungsvorrichtungen vorzusehen, die das Gewicht der in der Steigleitung
angeordneten Antriebswelle und gegebenenfalls weiterer Komponenten sicher zu halten. Eine Verwendung für Tiefsee- Bohrungen soll jedoch nicht ausgeschlossen werden. Die Klemmvorrichtung umfasst insbesondere eine Schnellverschluss- Funktion.
Aufgrund des Anschlags zur Begrenzung des Verschiebewegs der ersten
Klemmeinrichtung kann diese schnell an die Antriebswelle herangefahren werden. Der Anschlag verhindert, dass die erste Klemmeinrichtung zu weit in die erste
Durchgangsbohrung der Klemmvorrichtung eingeschoben werden kann und zentriert die Antriebswelle innerhalb der Steigleitung im Bereich der Klemmvorrichtung. Anschließend wird der notwendige Arbeitsdruck über die zweite Klemmeinrichtung aufgebracht, wobei Einrichtungen vorgesehen sein können, die eine Betriebsstellung markieren, bis zu der hin die Klemmeinrichtung schnell eingeschoben werden kann. Die restliche Klemm- oder Druckkraft wird anschließend kontrolliert aufgebracht, insbesondere durch langsames weiteres Einschieben der zweiten Klemmeinrichtung, um eine zu starke Klemmung und somit mögliche Beschädigung der Antriebswelle zu vermeiden.
Figurenbeschreibung
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Klemmvorrichtung. Figur 2 zeigt eine schematische Außenansicht eines Gehäuses einer
Klemmvorrichtung.
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Gehäuses und einer ersten
Klemmeinrichtung einer Klemmvorrichtung. Figur 4 zeigt eine schematische Außenansicht eines Gehäuses, einer ersten und einer zweiten Klemmeinrichtung einer Klemmvorrichtung.
Figur 5 zeigt eine schematische Außenansicht eines Gehäuses, einer ersten und einer zweiten Klemmeinrichtung einer weiteren Ausführungsform einer Klemmvorrichtung.
Figur 6A zeigt die jeweilig innenliegend angeordneten freien Endbereiche einer ersten und einer zweiten Klemmeinrichtung.
Figur 6B zeigt die den Klemmeinrichtungen zugeordneten Dichtungen.
Figuren 7A und 7B zeigen verschiedene schematische Ansichten einer
Ausführungsform des innenliegend angeordneten freien Endbereichs einer ersten oder zweiten Klemmeinrichtung. Figuren 8A bis 8D zeigen verschiedene schematische Ansichten einer axial klemmenden Klemmeinrichtung.
Figur 9 zeigt eine erste Ausführungsform einer radial klemmenden
Klemmeinrichtung.
Figur 10 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer radial klemmenden Klemmeinrichtung.
Figuren 1 1 A und 1 1 B zeigen verschiedene schematische Ansichten einer
Ausführungsform einer Klemmvorrichtung mit zwei Klemmmitteln und einem Dichtmittel.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar. Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Klemmvorrichtung 1 . Das Klemmvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einer ersten Durchgangsbohrung 5. In der ersten vertikalen Durchgangsbohrung 5 ist die Antriebswelle (nicht dargestellt) der Förderpumpe angeordnet. Die Förderpumpe dient der Förderung eines Förderfluids durch die Steigleitung eines Bohrlochs. Das Gehäuse 2 weist eine zweite seitliche Durchgangsbohrung 6 auf, weitgehend orthogonal auf die erste Durchgangsbohrung 5 auftrifft. Die zweite Durchgangsbohrung 6 wird somit durch die erste Durchgangsbohrung 5 in zwei einander gegenüberliegende Teilbereiche getrennt, die im Folgenden mit erste seitliche Bohrung 6a und zweite seitliche Bohrung 6b bezeichnet werden. In der ersten seitlichen Bohrung 6a ist eine erste Klemmeinrichtung 10 und in der zweiten seitlichen Bohrung 6b ist eine zweite Klemmeinrichtung 1 1 angeordnet, die jeweils orthogonalverschieblich zur Antriebswelle (nicht dargestellt) bzw. zur ersten Durchgangsbohrung 5 gelagert sind. Die Klemmeinrichtungen 10, 1 1 umfassen jeweils Dichtungen 8, 8* und dienen somit auch als Dichteinrichtungen, um in
herkömmlich bekannter Art und Weise die Antriebswelle gegenüber der Steigleitung bzw. gegenüber der die Verlängerung der Steigleitung bildenden Durchgangsbohrung 5 innerhalb der Klemmvorrichtung 1 nach oben hin abdichten zu können.
Weiterhin bilden die erste und die zweite Klemmeinrichtung 10, 1 1 ein
Klemmmittel, durch das die Antriebswelle der Förderpumpe innerhalb der
Klemmvorrichtung 1 axial und / oder radial geklemmt werden kann. Insbesondere können durch die Klemmeinrichtungen 10, 1 1 des Klemmmittel so hohe Klemmkräfte aufgebracht werden, dass mit der Klemmvorrichtung 1 das gesamte Gewicht der Antriebswelle gehalten werden kann, wenn beispielsweise der Antriebskopf gewartet, repariert oder ausgetauscht werden muss. Die Klemmeinrichtungen 10, 1 1 sind in einer ersten Arbeitsposition so in ihren jeweiligen seitlichen Bohrungen 6a, 6b angeordnet, dass die Klemmeinrichtungen 10, 1 1 die Antriebswelle nicht klemmen, sondern dass Förderfluid durch die Klemmvorrichtung 1 fließen kann.
Das Gehäuse 2 umfasst oberhalb der zweiten Durchgangsbohrung 6 mindestens eine Abflussbohrung 19, vorzugsweise eine Durchgangs- Abflussbohrung 19*, die ebenfalls orthogonal auf die erste Durchgangsbohrung 5 trifft. In der dargestellten Ausführungsform ist die Abflussbohrung 19, 19*, zumindest weitgehend in einem 90° Winkel zur zweiten Durchgangsbohrung 6 angeordnet. Die Durchgangs- Abflussbohrung 19* stellt innerhalb des Klemmvorrichtung 1 die Funktion eines FlowT dar. Das heißt über die Durchgangs- Abflussbohrung 19* kann eine direkte Verbindung zwischen der
Steigleitung, in der das Förderfluid nach oben gepumpt wird, und Ableitungen, über die das nach oben gepumpte Förderfluid seiner weiteren Verarbeitung zugeführt wird, hergestellt werden. Weiterhin ist der ersten Klemmeinrichtung 10 ein Anschlag 9 zugeordnet, der den
Verschiebeweg innerhalb der seitlichen Bohrung 6a in Richtung der Antriebwelle beziehungsweise in Richtung der ersten Durchgangsbohrung 5 begrenzt. Der Anschlag 9 ist notwendig für eine korrekte Zentrierung bei der räumlichen Fixierung der Antriebswelle, was im Zusammenhang mit Figur 3 näher erläutert wird. Figur 2 zeigt eine schematische Außenansicht des Gehäuses 2 einer
Klemmvorrichtung 1 . Zusätzlich ist eine untere Flanschvorrichtung 4 dargestellt. Die untere Flanschvorrichtung 4 ist insbesondere als austauschbares Modul ausgebildet. Durch Auswahl des geeigneten Flansch- Moduls kann die Klemmvorrichtung 1 an jedem Bohrloch befestigt werden, unabhängig davon, welcher Norm dieses entspricht. Die Flanschvorrichtung 4 ermöglicht eine variable Positionierung der Klemmvorrichtung 1 zwischen dem Bohrloch und dem Antriebskopf. Die Flanschvorrichtung 4 umfasst eine erste obere Befestigungsplatte 13 mit Befestigungsbohrungen 17, mit der die
Flanschvorrichtung 4 mittels Schrauben 15 am Gehäuse 2 der Klemmvorrichtung 1 befestigt wird. Weiterhin umfasst die Flanschvorrichtung 4 eine zweite untere
Befestigungsplatte 14 mit Befestigungsbohrungen 16. Die Befestigungsbohrungen 16 der zweiten Befestigungsplatte 14 sind korrespondierend zu entsprechenden, normierten Befestigungseinrichtungen am Bohrloch angeordnet. Da es verschiedene
Normvorschriften weltweit gibt, kann durch Auswahl der geeigneten Flanschvorrichtung 4 mit einer Befestigungsplatte 14 mit geeignet dimensionierten bzw. in geeigneten
Abständen angeordneten Befestigungsbohrungen 16 die Klemmvorrichtung 1 für jedes Bohrloch einfach angepasst werden.
Zur Befestigung der Flanschvorrichtung 4 am Gehäuse 2 mittels Schrauben 15 umfasst die erste Befestigungsplatte 13 Langlochbohrungen 17*, die sich radial in Segmenten über die erste Befestigungsplatte 13 erstrecken. Die Klemmvorrichtung 1 wird so auf dem Bohrloch ausgerichtet, dass sie vorteilhaft an bestehende Leitungen angeschlossen werden kann, insbesondere an Leitungen, mit denen das Förderfluid abtransportiert wird. Das Anschließen an bestehende Leitungen erfolgt vorzugsweise ohne dass deren Positionierung beziehungsweise Verlauf geändert werden muss. Bei der Befestigung der Klemmvorrichtung 1 auf einem Bohrloch, wird vorzugsweise zuerst die Flanschvorrichtung 4 am Bohrloch befestigt. Anschließend wird das Gehäuse 2 der Klemmvorrichtung 1 mit den weiteren Komponenten wie beispielsweise
Klemmeinrichtungen 10, 1 1 etc. auf der ersten Befestigungsplatte 13 der
Flanschvorrichtung 4 aufgesetzt und in gewünschter Ausrichtung befestigt. Durch die Langlochbohrungen 17* ist eine Winkelfeinjustierung und optimale Ausrichtung des Gehäuses 2 der Klemmvorrichtung 1 auf der ersten Befestigungsplatte 13 der
Flanschvorrichtung 4 möglich.
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Gehäuses 2 und einer ersten Klemmeinrichtung 10 einer Klemmvorrichtung 1. Über die außenliegende Öffnung der ersten seitlichen Bohrung 6a, das heißt über die so genannte Schnellverschlussseite SV, wird die erste Klemmeinrichtung 10 in die erste seitliche Bohrung 6a eingeschoben. Die erste Klemmeinrichtung 10 ist ein so genannter Klemmbolzen 10*. Das im Inneren der Klemmvorrichtung 1 in Richtung der ersten Durchgangsbohrung 5 weisende freie Ende 20 des ersten Klemmbolzens 10* weist einen Klemmbereich 21 mit Kontaktfläche 22 auf. Die Kontaktfläche 22 ist insbesondere als konkave Einkerbung senkrecht zur Längsachse des ersten Klemmbolzens 10* ausgebildet. Die konkave Einkerbung wird so ausgerichtet, dass sie parallel zur Längsachse der Antriebswelle beziehungsweise parallel zur Längsachse Ls der ersten Durchgangsbohrung 5 verläuft. Wird der Klemmbolzen 10* bis zum Anschlag 9 (vergleiche Figur 1 ) in eine zweite Arbeitsposition verschoben, dann ist die Antriebswelle (nicht dargestellt) bereichsweise formschlüssig in der konkaven
Einkerbung aufgenommen. Über eine dem freien Ende 20 zugeordnete Dichtung 8, wird die Antriebswelle beim Aufbringen einer Druckkraft mittels der zweiten Klemmvorrichtung 1 1 (vergleiche Figur 4) nach oben hin gegenüber der Durchgangsbohrung 5 abgedichtet und innerhalb der Klemmvorrichtung 1 geklemmt. Figur 3 zeigt weiterhin eine Befestigungsvorrichtung 23 zur sicheren Befestigung der ersten Klemmeinrichtung 10 am Gehäuse 2 der Klemmvorrichtung. Das hintere freie Ende 24 der ersten Klemmeinrichtung 10 ragt nach der Montage der ersten
Klemmeinrichtung 10 aus dem Gehäuse 2 heraus. Das nach außen ragende freie Ende 24 der ersten Klemmeinrichtung 10 ist als Sechskant ausgebildet und kann mittels eines korrespondierenden Drehschlüssels verstellt werden. Die Verstellung bewirkt eine Längsverschiebung der ersten Klemmeinrichtung 10 innerhalb der zweiten
Durchgangsbohrung 6. Je nachdem, in welche Richtung der Drehschlüssel gedreht wird, bewegt sich die erste Klemmeinrichtung 10 zur ersten Durchgangsbohrung 5 hin oder von dieser weg. Figur 4 zeigt eine schematische Außenansicht eines Gehäuses 2 einer
Klemmvorrichtung 1 mit einer bereits montierten ersten Klemmeinrichtung 10 und einer zweiten Klemmeinrichtung 1 1 . Über die außenliegende Öffnung der zweiten seitlichen Bohrung 6b, das heißt über die so genannte Kraftseite KS, wird die zweite
Klemmeinrichtung 1 1 in die zweite seitliche Bohrung 6b eingeschoben. Die zweite
Klemmeinrichtung 1 1 ist ein so genannter Klemmbolzen 1 1 *. Das im Inneren der
Klemmvorrichtung 1 in Richtung der ersten Durchgangsbohrung 5 weisende freie Ende 30 des zweiten Klemmbolzens 1 1 * weist einen Klemmbereich 31 mit Kontaktfläche 32 auf. Die Kontaktfläche 32 ist insbesondere als konkave Einkerbung senkrecht zur Längsachse des zweiten Klemmbolzens 1 1 * ausgebildet. Die konkave Einkerbung wird so
ausgerichtet, dass sie parallel zur Längsachse der Antriebswelle beziehungsweise parallel zur Längsachse Ls der ersten Durchgangsbohrung 5 verläuft. Wird der zweite
Klemmbolzen 1 1 * an die Antriebswelle heran in eine zweite Arbeitsposition verschoben, dann ist die Antriebswelle (nicht dargestellt) bereichsweise formschlüssig in der konkaven Einkerbung angeordnet. In der zweiten Arbeitsposition des zweiten Klemmbolzens 1 1 * wird eine Druckkraft auf die Antriebswelle aufgebracht, durch die die Antriebswelle zwischen dem ersten und dem zweiten Klemmbolzen 10*, 1 1 * gegen ein radiales
Verdrehen und / oder gegen ein axiales Verschieben geklemmt wird. Weiterhin wird die Antriebswelle über eine dem freien Ende 30 zugeordnete Dichtung 8* bereits beim
Aufbringen einer geringen Druck- beziehungsweise Dichtkraft mittels der zweiten
Klemmeinrichtung auch nach oben hin gegenüber der Durchgangsbohrung 5 abgedichtet. Die Druck- beziehungsweise Klemmkraft, die notwendig ist um die Antriebswelle sicher zu klemmen, ist unter Umständen deutlich höher als die Dichtkraft.
Figur 4 zeigt weiterhin eine Befestigungsvorrichtung 33 zur sicheren Befestigung der zweiten Klemmeinrichtung 1 1 am Gehäuse 2 der Klemmvorrichtung 1 . Das hintere freie Ende (nicht sichtbar) der zweiten Klemmeinrichtung 1 1 ragt nach der Montage über das Gehäuse 2 heraus. Das nach außen ragende freie Ende ist beispielsweise ebenfalls als Sechskant ausgebildet und kann mittels eines korrespondierenden Drehschlüssels verstellt werden. Die Verstellung bewirkt eine Längsverschiebung der zweiten
Klemmeinrichtung 1 1 innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung 6b. Je nachdem, in welche Richtung der Drehschlüssel gedreht wird, bewegt sich die zweite
Klemmeinrichtung 1 1 zur ersten Durchgangsbohrung 5 hin oder von dieser weg.
Da über die zweite Klemmeinrichtung 1 1 die Klemmkraft zum Halten des Gewichts der Antriebswelle und gegebenenfalls weiterer Komponenten des Bohrgestänges aufgebracht werden muss, wird für die manuelle Verstellung Werkzeug mit einem entsprechend langen Hebel oder ähnlichem benötigt. Figur 5 zeigt eine weitere
Ausführungsform einer Klemmvorrichtung 1 a. Hierbei ist der zweiten Klemmeinrichtung 1 1 a eine hydraulische Krafterhöhungseinrichtung 40 zugeordnet. Die hydraulische Krafterhöhungseinrichtung 40 arbeitet nach einem Prinzip P(40), das eine Abwandlung des bekannten Prinzips eines hydraulischen Kraftverstärkers darstellt. Bei einem herkömmlichen hydraulischen Kraftverstärker ist ein kleiner beweglicher Kolben in einem kleinen Zylinder mit einem großen beweglichen Kolben in einem großen Zylinder über eine Druckleitung verbunden. Eine an dem kleinen beweglichen Kolben aufgebrachte kleine Kraft erzeugt eine große Kraft an dem großen beweglichen Kolben. Ein solches System kann auch ohne Druckleitung aufgebaut sein und dieselbe gewünschte Wirkung erzielen. Allerdings ist dann eine Abstützung des Gesamtsystems notwendig.
Vorzugsweise wird der Übergangsbereich zwischen dem kleinen und dem großen jeweils statischem Zylinder abgestützt. Figur 5B stellt das Prinzip P(40) einer modifizierten hydraulischen
Krafterhöhungseinrichtung dar, wie es bei der Klemmvorrichtung 1 a verwendet wird. Wie herkömmlich bekannt ist der kleine Zylinder 44 statisch und der kleine Kolben 45 beweglich angeordnet. Im Unterschied zu bekannten hydraulischen Kraftverstärkern ist bei der modifizierten hydraulischen Krafterhöhungseinrichtung 40 der große Kolben 47 fest beziehungsweise statisch und der große Zylinder 46 stattdessen beweglich angeordnet. Eine Abstützeinrichtung 50 ist hier dem großen, statischen Kolben 47 und dem kleinen statischen Zylinder 44 zugeordnet.
Bei der hydraulischen Krafterhöhungseinrichtung 40 gemäß Figur 5C konstruiert man die Abstützeinrichtung 50 gegenüber dem Gehäuse 2 der Klemmvorrichtung 1 a verstellbar in Form einer Hohlspindel 50* und kann so die Verstellung der zweiten
Klemmeinrichtung 1 1 a vornehmen. Die Verstellung des kleinen Kolbens 45, insbesondere über das freie Ende 34a der zweiten Klemmeinrichtung 1 1 a erfolgt über eine sich in der Hohlwelle 50* abstützende Druckspindel 45*. Um die notwendige Klemmkraft an der zweiten Klemmeinrichtung 1 1 a aufzubringen ist bei Verwendung der hydraulischen Krafterhöhungseinrichtung 40 nach dem Prinzip gemäß den Figuren 5B und 5C nunmehr eine deutlich geringe Kraft notwendig, so dass die Verstellung manuell möglich ist.
Figur 6A zeigt die jeweilig innenliegend angeordneten freien Endbereiche 20, 30 einer ersten und einer zweiten Klemmeinrichtung 10, 1 1 mit Dichtungen 8, 8*, die in Figur 6B noch einmal einzeln dargestellt sind. Die Dichtungen 8, 8* verlaufen zum einen jeweils quer über die Stirnseiten der freien Endbereiche 20, 30. Weiterhin sind die Dichtungen 8, 8* so ausgeformt, dass sie die im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschriebenen konischen Einkerbungen, die die Kontaktflächen 22, 32 der Klemmeinrichtungen 10, 1 1 mit der Antriebswelle bilden, nachformen. Dieser Bereich ist mit KB gekennzeichnet. Weiterhin weisen die Dichtungen 8, 8* einen unteren Bereich UB auf, mit dem sie die Klemmeinrichtungen 10, 1 1 gegenüber der zweiten Durchgangsbohrung 6 nach unten hin abdichten.
Figuren 7A und 7B zeigen verschiedene schematische Ansichten einer
Ausführungsform des innenliegend angeordneten freien Endbereichs 20 einer ersten Klemmeinrichtung 10. Der freie Endbereich einer zweiten Klemmeinrichtung kann beispielsweise analog dazu ausgebildet sein. Insbesondere zeigt Figur 7A eine
Seitenansicht eines freien Endbereiches 20 und Figur 7B zeigt eine Draufsicht auf ein freies Ende 20.
Bei dieser Ausführungsform einer ersten Klemmeinrichtung 10b umf asst das freie Ende 20 eine Aufnahmeeinrichtung 55 für einen Moduleinsatz 60. Der Moduleinsatz 60 ist beliebig austauschbar und wird vor dem Zusammenbau der Klemmeinrichtung 10b entsprechend dem vorgesehenen Einsatz, insbesondere entsprechend dem Gewicht der Antriebswelle und weiteren Anforderungen an die Klemmvorrichtung, ausgewählt und in der Aufnahmeeinrichtung 55 des freien Endbereiches 20 montiert. Figur 7C zeigt eine Draufsicht auf ein einzelnes austauschbares Modul 60 von oben her gesehen. Die konkav geformte Kontaktfläche 22 zum Klemmen der
Antriebswelle ist in Figur 7C zur Verdeutlichung dick hervorgehoben, beziehungsweise in Figur 7B zusätzlich durch eine Schraffur gekennzeichnet.
Figuren 8A und 8B zeigen verschiedene schematische seitliche Ansichten freien Endbereichen 20b von axial klemmenden Klemmeinrichtungen (nicht dargestellt) mit einem Moduleinsatz 60b, der in einer Aufnahmeeinrichtung 55b des freien Endes 20b der Klemmeinrichtung 10b angeordnet ist. Das axiale Klemmmodul 60b weist einen ersten Innenraum 65 mit mindestens einer schrägen Seitenwand 66 auf. Gemäß der in Figur 8B dargestellten Ausführungsform sind beide Seitenwände 66a, 66b schräg gegenüber der Längsachse L der Antriebswelle 70 ausgerichtet. Die mindestens eine schräge
Seitenwand 66 verläuft innerhalb der Klemmvorrichtung von oben nach unten in Richtung der ersten vertikalen Durchgangsbohrung, die parallel zur Antriebswelle 70 der
Förderpumpe verläuft. In dem ersten Innenraum 65 ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern 67 übereinander bzw. schräg übereinander angeordnet. Um die Antriebswelle 70 axial zu klemmen, werden die erste Klemmeinrichtung 10b und die zweite Klemmeinrichtung so nah an die Antriebswelle 70 herangefahren, dass die Antriebswelle 70 an den jeweiligen Kontaktflächen 22b, 32 anliegt. Insbesondere wird die erste Klemmeinrichtung 10b bis an den Anschlag (vergleiche Figur 1 , Bezugszeichen 9) herangefahren und die Antriebswelle 70 wird zwischen den konkaven Einkerbungen der freien Endbereiche 20b, 30 der Klemmeinrichtungen 10b, 1 1 (vergleiche Figuren 3, 4) formschlüssig geklemmt.
Aufgrund der mindestens einen schrägen Seitenwand 66 verringert sich die Querschnittsfläche des ersten Innenraumes 65 innerhalb der Klemmvorrichtung von oben nach unten. Der Durchmesser der Klemm- oder Wälzkörper 67 nimmt von oben nach unten ebenfalls ab, das heißt der oberste Wälzkörper 67o ist größer als der unterste Wälzkörper 67u. Rutscht nun die zwischen den Klemmeinrichtungen 10b, 1 1 geklemmte Antriebswelle 70 nach unten, so führt dies zu einer nach unten gerichteten Bewegung der Wälzkörper 67 im ersten Innenraum 65. Die Wälzkörper 67 verkeilen sich im nach unten hin verengenden ersten Innenraum 65, wodurch die Klemmung der Antriebswelle 70 noch fester wird. Damit wird eine weitere nach unten gerichtete Axialbewegung der
Antriebswelle 70 wirksam verhindert.
Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer radial klemmenden Klemmeinrichtung 10c. Das freie Ende 20c der Klemmeinrichtung 10c umfasst einen zweiten Innenraum 70, der zumindest teilweise um die Kontaktfläche 22c für die Antriebswelle 70 herum angeordnet ist.
In dem zweiten Innenraum 70 sind Wälzkörpern 71 nebeneinander in einer Ebene, die zumindest weitgehend orthogonal zur Längsachse L der Antriebswelle 70 verläuft, angeordnet. Gemäß der dargestellten Ausführungsform verkleinert sich der Querschnitt des zweiten Innenraums 70 entgegen dem Uhrzeigersinn GUZ und der Durchmesser der im zweiten Innenraum angeordneten Wälzkörpern 71 verkleinert sich ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn GUZ. Mittels der Wälzkörpern 71 kann die Antriebswelle 70 radial geklemmt und somit eine weitere Rotationsbewegung der Antriebswelle 70 unterbunden werden. Insbesondere wird die Antriebswelle 70 geklemmt, wenn Sie sich entgegen der vorgesehenen Drehrichtung für den Pumpenantrieb rotarisch dreht. Im
Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Antriebswelle 70 zusätzlich radial geklemmt wird, wenn die beiden Klemmeinrichtungen 10c, 1 1 sich jeweils in ihrer zweiten
Arbeitsposition an der Antriebswelle 70 befinden und sich die Antriebswelle entgegen dem Uhrzeigersinn GUZ dreht. Die Wälzkörpern 71 werden innerhalb des zweiten Innenraums 70 entgegen dem Uhrzeigersinn GUZ bewegt und verklemmen die Antriebswelle 70 somit stärker, wodurch eine weitere Rotation der Antriebswelle 70 entgegen dem Uhrzeigersinn GUZ wirksam unterbunden wird.
Figur 10 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer radial klemmenden Klemmeinrichtung 10d. Hierbei ist ebenfalls ein zweiter Innenraum 72 mit Wälzkörpern 73 am innenliegenden freien Ende 20d der Klemmeinrichtung 10d vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform verkleinert sich der Querschnitt des zweiten Innenraums 72 von der Mittel ausgehend in Uhrzeigersinn UZ und entgegen dem
Uhrzeigersinn GUZ. Korrespondierend weisen die im mittleren Bereich angeordneten Klemmelemente 73M einen größeren Durchmesser als die in den jeweilig äußeren
Endbereichen des zweiten Innenraums 72 angeordneten Klemmelemente 73E auf. Sind nun beide Klemmeinrichtungen 10d, 1 1 in ihrer jeweiligen zweiten Arbeitsposition angeordnet, so dass die Antriebswelle 70 zwischen den beiden Klemmeinrichtungen 10d, 1 1 geklemmt ist, und bewegt sich die Antriebswelle 70 in Uhrzeigersinn UZ oder entgegen dem Uhrzeigersinn GUZ, dann werden die Wälzkörpern 73 innerhalb des zweiten
Innenraums 72 ebenfalls in Uhrzeigersinn UZ oder entgegen dem Uhrzeigersinn GUZ bewegt und zumindest ein Teil der Wälzkörpern 73 verklemmen in einem sich
verengenden Bereich des Innenraums 72, so dass eine weitere Rotation der
Antriebswelle 70 in Uhrzeigersinn UZ oder entgegen dem Uhrzeigersinn GUZ wirksam unterbunden wird.
Figuren 1 1 A und 1 1 B zeigen verschiedene schematische Ansichten einer Ausführungsform einer Klemmvorrichtung 1 e mit zwei Klemmmitteln K1 und K2 und einem Dichtmittel D. Insbesondere zeigt Figur 1 1 A eine schematische Draufsicht von oben und Figur 1 B zeigt eine schematische Seitenansicht. Hierbei werden die drei Funktionen Abdichten, radiales Sichern und axiales Sichern durch zwei Klemmmittel K1 , K2, jeweils bestehend aus einer ersten Klemmeinrichtung K1 -1 und K2-1 und zweiten Klemmeinrichtung K1 -2 und K2-2 und einem Dichtmittel D bestehend aus einer ersten und zweiten Dichteinrichtung D1 , D2 realisiert.
Die ersten Klemmeinrichtung K1 -1 und K2-1 und zweiten Klemmeinrichtung K1 -2 und K2-2 beziehungsweise die ersten und zweiten Dichtmittel D1 , D2 sind jeweils paarweise einander gegenüberliegend in horizontal ausgerichteten, seitlichen
Durchgangsbohrungen 6 angeordnet. Insbesondere bezeichnet 6κι die
Durchgangsbohrung für das erste Klemmmittel K1 , 6«2 die Durchgangsbohrung für das zweite Klemmmittel K2 und 6D die Durchgangsbohrung für das Dichtmittel D. Beispielsweise ist das erste Klemmmittel K1 für die radiale Klemmung und das zweite Klemmmittel K2 für die axiale Klemmung der in der ersten Durchgangsbohrung 5 angeordneten Antriebswelle (nicht dargestellt) vorgesehen. Jedes Klemmmittel K1 , K2 umfasst eine erste Klemmeinrichtung K1 -1 , K2-1 mit Anschlag, mit der die Antriebswelle räumlich zentriert wird und eine zweite Klemmeinrichtung K1 -2, K2-2, die vorzugsweise mit einer hydraulischen Krafterhöhungseinrichtung versehen ist und den eigentlichen Arbeitsdruck, d.h. die Klemm- oder Druckkraft, erzeugt.
Figur 1 1 B verdeutlich, dass die insgesamt drei seitlichen Durchgangsbohrungen 6 jeweils in unterschiedlichen Positionen entlang der Längsachse Ls der ersten
Durchgangsbohrungen 5 angeordnet sind. Die erste Durchgangsbohrung 5 ist nach Montage der Klemmvorrichtung 1 e an der Steigleitung vertikal ausgerichtet.
Dementsprechend sind die weiteren drei seitlichen Durchgangsbohrungen 6 horizontal ausgerichtet angeordnet. Vorzugsweise sind die weiteren drei seitlichen
Durchgangsbohrungen 6 in unterschiedlichen Höhen des Gehäuses 2 der
Klemmvorrichtung 1 e angebracht.
Die mindestens eine seitliche Abflussbohrung 19 (vergleiche Figuren 1 und 2) ist in dieser Ausführungsform nicht dargestellt, kann aber an einer beliebigen Position oberhalb der Durchgangsbohrung 6D für das Dichtmittel D angeordnet sein.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezuqszeichenliste
1 Klemmvorrichtung
2 Gehäuse
3 oberer Flansch
4 untere Flanschvorrichtung
5 erste Durchgangsbohrung
6 zweite Durchgangsbohrung
6a/b erste / zweite seitliche Bohrung
8,8* Dichtung
9 Anschlag
10 erste Klemmeinrichtung
10* erster Klemmbolzen
1 1 zweite Klemmeinrichtung
1 1 * zweiter Klemmbolzen
13 erste Befestigungsplatte
14 zweite Befestigungsplatte
15 Schraube
16 Befestigungsbohrung
17 Befestigungsbohrung
17* Langlochbohrung
19 Abflussbohrung
19* Durchgangs- Abflussbohrung
20 freies Ende
21 erster Klemmbereich
22 Kontaktfläche
23 Befestigungsvorrichtung
24 freies Ende
30 freies Ende
31 zweiter Klemmbereich
32 Kontaktfläche
33 Befestigungsvorrichtung
40 hydraulische Krafterhöhungseinrichtung
42 Adapter
44 kleiner Zylinder
45 kleiner Kolben 45* Druckspindel
46 großer Zylinder
47 großer Kolben
50 Abstützeinrichtung
50* Hohlspindel
55 Aufnahmeeinrichtung
60 austauschbares Modul
65 Innenraum
66 schräge Seitenwand
67 Klemm - oder Wälzkörper
70 Innen räum
71 Klemm- oder Wälzkörper
72 Innen räum
76 Klemm- oder Wälzkörper
D Dichtmittel
D1 /D2 erste / zweite Dichteinrichtung
GUZ gegen den Uhrzeigersinn
L Längsachse
K Klemm mittel
Kn-1 erste Klemmeinrichtung
Kn-2 zweite Klemmeinrichtung
KB konkav ausgeformter Bereich
KS Kraftseite
P Prinzip
SV Schnellverschluss- Seite
UB unterer Bereich
UZ im Uhrzeigersinn

Claims

Ansprüche
Klemmvorrichtung (1 ) zur Fixierung einer Antriebswelle (70) einer Förderpumpe innerhalb einer Steigleitung eines Bohrlochs für die Förderung eines Förderfluids, wobei die Klemmvorrichtung (1 ) ein Gehäuse (2) mit einer ersten Durchgangsbohrung (5) umfasst, durch welche die Antriebswelle (70) der Förderpumpe hindurchtritt, mit wenigstens einer zweiten seitlichen Durchgangsbohrung (6), die orthogonal auf die erste Durchgangsbohrung (5) auftrifft, wobei in der zweiten Durchgangsbohrung (6) ein mechanisch wirkendes Klemmmittel (K) aufgenommen und/ oder geführt ist, mit dem die Antriebswelle (70) der Förderpumpe im Gehäuse (2) der Klemmvorrichtung (1 ) axial und / oder radial festlegbar ist.
Klemmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Antriebswelle (70) über das Klemmmittel (70) ortsfest fixierbar ist.
Klemmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Klemmmittel (K) eine erste und eine zweite Klemmeinrichtung (10, 1 1 ) umfasst, die jeweils einander
gegenüberliegend in der zweiten Durchgangsbohrung (6) angeordnet und jeweils orthogonal zu einer Längsachse (L) der Antriebwelle (70) verschieblich sind und wobei der ersten Klemmeinrichtung (10) ein Anschlag (9) zugeordnet ist, der den
Verschiebeweg der ersten Klemmeinrichtung (10) in Richtung der Antriebwelle (70) begrenzt und wobei über die zweite Klemmeinrichtung (1 1 ) eine Klemmkraft auf die Antriebswelle (70) aufbringbar ist.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste Klemmeinrichtung (10) in mindestens eine erste Arbeitsposition oder in mindestens eine zweite Arbeitsposition bringbar ist, wobei in der ersten Arbeitsposition keine Wirkverbindung zwischen der ersten Klemmeinrichtung (10) und der Antriebswelle (70) ausgebildet ist und wobei in der ersten Arbeitsposition Förderfluid durch die Klemmvorrichtung (1 ) leitbar ist, wobei in der zweiten Arbeitsposition die erste Klemmeinrichtung (10) soweit innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung (6) in Richtung der ersten Durchgangsbohrung (5) verschoben ist, dass die erste Klemmeinrichtung (10) an dem Anschlag (9) und der Antriebswelle (70) anliegt und die Position der Antriebswelle (70) innerhalb der Steigleitung in der Klemmvorrichtung (1 ) zentriert. Klemmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die zweite Klemmeinrichtung (1 1 ) in mindestens eine erste Arbeitsposition oder in mindestens eine zweite
Arbeitsposition bringbar ist, wobei in der ersten Arbeitsposition keine Wirkverbindung zwischen der zweiten Klemmeinrichtung (1 1 ) und der Antriebswelle (70) ausgebildet ist und Förderfluid durch die Klemmvorrichtung (1 ) leitbar ist und wobei in der zweiten Arbeitsposition durch die zweite Klemmeinrichtung (1 1 ) eine Klemmkraft auf die Antriebswelle (70) aufgebracht ist.
Klemmvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Klemmmittel (K) Dichtelemente (8) zum Abdichten der Antriebswelle gegenüber der Steigleitung umfasst.
Klemmvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei in einer ersten Betriebsstellung des Klemmmittels (K) die erste und die zweite
Klemmeinrichtung (10, 1 1 ) jeweils in ihrer ersten Arbeitsposition angeordnet sind und Förderfluid durch die Klemmvorrichtung (1 ) leitbar ist, wobei in einer zweiten
Betriebsstellung des Klemmmittels (K) die erste und die zweite Klemmeinrichtung (10, 1 1 ) jeweils in ihrer zweiten Arbeitsposition angeordnet sind und die Antriebswelle (70) innerhalb der Klemmvorrichtung (1 ) gegenüber der Steigleitung geklemmt ist, insbesondere wobei die Antriebswelle (70) in der zweiten Betriebsstellung innerhalb der Klemmvorrichtung (1 ) durch das Klemmmittel (K) gegen eine Verdrehen gesichert ist und / oder wobei die Antriebswelle (70) in der zweiten Betriebsstellung innerhalb der Klemmvorrichtung (1 ) durch das Klemmmittel (K) gegen ein axiales Verschieben gesichert ist und / oder wobei die Antriebswelle (70) in der zweiten Betriebsstellung innerhalb der Klemmvorrichtung (1 ) gegenüber der Steigleitung abgedichtet ist, so dass kein Förderfluid aufsteigt.
Klemmvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis7, wobei die zweite
Klemmeinrichtung (1 1 ) manuell betätigbar ist und / oder wobei der zweiten
Klemmeinrichtung (1 1 ) eine hydraulische Krafterhöhungseinrichtung (40) zur
Erzeugung der Klemmkraft und / oder eines Arbeitsdrucks zugeordnet ist.
Klemmvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die
Klemmvorrichtung (1 ) zwei weitere seitliche Durchgangsbohrungen (6) umfasst, die jeweils orthogonal auf die erste Durchgangsbohrung (5) auftreffen und vorzugsweise in unterschiedlichen Positionen entlang einer Längsachse (Ls) der ersten
Durchgangsbohrung (5) angeordnet sind.
10. Klemmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 9, wobei in den zwei weiteren seitlichen Durchgangsbohrungen (6) ein weiteres Klemmmittel (K2) und ein Dichtmittel (D) angeordnet sind, wobei das weitere Klemmmittel (K2) zwei einander
gegenüberliegend angeordnete Klemmeinrichtungen (K2-1 , K2-2) umfasst, insbesondere eine erste Klemmeinrichtung (K2-1 ) mit Anschlag zur räumlichen Zentrierung der Antriebswelle (70) und eine zweite Klemmeinrichtung (K2-2) zur Aufbringung einer Klemmkraft oder eines Arbeitsdrucks auf die Antriebswelle (70) und wobei das Dichtmittel (D) zwei einander gegenüberliegend angeordnete
Dichteinrichtungen (D1 , D2) zum Abdichten der Antriebswelle (70) gegenüber der Steigleitung umfasst, insbesondere wobei durch jedes der beiden Klemmmittel (K1 , K2) eine Kraft in einer definierten Richtung auf die Antriebswelle (70) aufbringbar ist und wobei die Richtungen unterschiedlich ausgerichtet sind.
1 1 . Klemmvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die erste
Klemmeinrichtung (10) und / oder die zweite Klemmeinrichtung (1 1 ) einen ersten Innenraum (65) mit mindestens einer schrägen Seitenwand (66) umfasst, wobei die mindestens eine schrägen Seitenwand (66) innerhalb der Klemmvorrichtung (1 ) von oben nach unten in Richtung der ersten Durchgangsbohrung (5) verläuft, wobei in dem ersten Innenraum (65) mindestens zwei kugelförmige Klemmelemente (67) weitgehend übereinander angeordnet sind und / oder wobei die erste
Klemmeinrichtung (10) einen zweiten Innenraum (70, 72) umfasst, der zumindest teilweise um eine Kontaktfläche (22, 32) am freien Ende (20, 30) der ersten und / oder die zweite Klemmeinrichtung (10,1 1 ) herum angeordnet ist und in dem mindestens zwei kugelförmige Klemmelemente (71 , 73) weitgehend nebeneinander in einer Ebene zumindest weitgehend orthogonal zur Längsachse (Ls) der ersten
Durchgangsbohrung (5) angeordnet sind, durch die die Antriebswelle (70) klemmbar und somit eine Rotationsbewegung der Antriebswelle (70) blockierbar ist.
12. Klemmvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das
Klemmvorrichtung (1 ) einen oberen Befestigungsbereich (3) zur Befestigung an einem ein Antriebsmittel umfassenden Antriebskopf und einen unteren Befestigungsbereich (4) zur Befestigung an dem Bohrloch und / oder der Steigleitung umfasst,
insbesondere wobei der untere und / oder der obere Befestigungsbereich (3, 4) als modular aufgebauter, auswechselbarer Flansch aufgebaut ist, wobei die untere Flanschvorrichtung (4) Mittel (17) zur stufenlos einstellbaren Positionierung der Klemmvorrichtung (1 ) auf dem Bohrloch umfasst.
13. Verfahren zur ortsfesten, räumlich Fixierung einer Antriebswelle (70) einer
Förderpumpe in einer einem Bohrloch zugeordneten Steigleitung, wobei mindestens eine Klemmvorrichtung (1 ) zwischen dem Bohrloch und einem der Antriebswelle (70) zugeordneten Antriebskopf angeordnet ist, wobei in einer ersten Betriebsstellung der Klemmvorrichtung (1 ) Förderfluid durch die Klemmvorrichtung (1 ) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Betriebsstellung der
Klemmvorrichtung (1 ) mittels der Klemmvorrichtung (1 ) eine erste Druck- oder Klemmkraft auf die
Antriebswelle (70) aufgebracht wird, die verhindert, dass sich die Antriebswelle (70) radial verdreht und /oder mittels der Klemmvorrichtung (1 ) eine zweite Druck- oder Klemmkraft auf die
Antriebswelle (70) aufgebracht wird, die die Antriebswelle (70) axial fixiert.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei in der zweiten Betriebsstellung der Klemmvorrichtung (1 ) die Antriebswelle (70) gegenüber der Steigleitung so abgedichtet wird, dass kein Fördermedium nach oben steigt
UND das Abdichten der Antriebswelle (70) gegenüber der Steigleitung durch Dichtmittel (D, 8) der Klemmvorrichtung (1 ) erfolgt UND die jeweilige Druck- oder Klemmkraft für die radiale und / oder axiale Klemmung der Antriebswelle (70) durch mindestens ein Klemmmittel (K) aufgebracht wird
ODER wobei das Abdichten der Antriebswelle (70) gegenüber der Steigleitung und das Aufbringen der jeweiligen Druck- oder Klemmkraft für die radiale und / oder axiale Klemmung der Antriebswelle (70) durch ein Dicht- und Klemmmittel erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Abdichten und Klemmen mittels einer Klemmvorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 erfolgt und wobei die erste Klemmeinrichtung (10) innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung (6) in
Richtung der ersten Durchgangsbohrung verschoben wird und an einem Anschlag (9) innerhalb der Klemmvorrichtung (1 ) gestoppt wird und wobei die Druck- oder
Klemmkraft kontrolliert durch die zweite Klemmeinrichtung (1 1 ) auf die Antriebswelle (70) aufgebracht wird.
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