NO160020B - Pumpestreng for dypbroennspumpe. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en streng-dyppumpe, hvor et i et stigerør på en pumpestreng hengende stempel 1 et pumpehus ved grunnen av stigerøret beveges opp og ned av et pumpedrev over jorden.

Ved slike pumper kan den egentlige pumpe i Jorden og drevet være fjernet fra hverandre flere tusen meter. Kraftoverfør-ingen over pumpestrengen ("sucker rods") tilkommer stor betydning. Vanligvis er pumpestrengen sammenskrudd av stenger av normert bygningsstål av eksempelvis 7,5 m lengde. Pumpestrengen er meget tung.

Da transportgodset kan Inneholde korrosivt virkende be-standdeler, foreslås i kanadisk patent 1 085 521 å erstatte stålstengene med fIbersammensatte materialer. For å muliggjøre en forbindelse av stengene er stålhylser klebet til endene av stavene. Bortsett fra den betraktelige fremstillilngsomstendelighet og den ekstra vekt ved hylsene er forbindelsene svekkesteder som dessuten alltid er korrosjonstruet og som bare muliggjør en meget begrenset utnyttelse av fasthetsegenskapene av de fiberforsterkede staver.

Det er fra US-PS 4 084 913 kjent å danne en pumpestreng av en eneste stang, som er sammensatt av enkelte spundne og til beskyttelse, impregnerte fiberstrenger, pga. fleksibiliteten til en gruppe og er omgitt med en tykk beskyttelsesmantel. Fastheten av en slik stang er pga. eventuelt forskjellige utvidelser av de enkelte, ikke med hverandre forbundne fiberstrenger, mindre enn summen av fastheten av de enkelte fiberstenger. Ved friksjon av fiberstrengene mot hverandre, opptrer skader.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å tilveiebringe en pumpestreng for strengdyppumper som unngår, resp. minsker, de ved kjente strenger opptredende problemer. Oppgaven løses ved at pumpestrengen består av flere, i det vesentlige parallelt forløpende, men Ikke til hverandre liggende, ensrettet forsterkede fibersammensatte staver, hvorav hver har en over den samlede lengde jevntblivende tverr-snittsflater mindre enn 1 cm<%.> Videreutforminger av oppfinnelsen er angitt i underkravene.

Med oppfinnelsens gjenstand oppnås spesielt at på grunn av det anvendte materiale opptrer ikke korrosjonsproblemet mer, ved bortfall av forbindingshylsene opptrer en betraktelig vektbesparelse, således at drevytelsen og stabiliteten av kraftoverføringsinnretningen ikke må være så høy og ved den forenklede håndtering kan det oppnås en ytterligere økonomisk fordel. Svikt av en fibersammensatt stav fører ikke umiddelbart til svikt eller ødeleggelse av den samlede streng.

Ved denne kraftoverføring er det bare øverst og nederst resp. nødvendig med et forbindelseselement som fordelaktig er utført som klemplateforankringer.

Også når det på grunn av den korrosive omgivelse dette element må fremstilles av dyrt stål, oppnås en meget betraktelig pris- og vektreduksjon. Med denne streng lykkes det å utnytte de fremragende fasthetsegenskaper av unidirek-sjonal forsterkede fibersammensetninger til en høyere del.

På grunn av oppbyggingen av en streng av flere fibersammensatte staver kan det på enkel måte over deres tall oppnås en enkel tilpassing til kravene. Det er prinsipielt tilstrek-kelig med en oppviklet endeløs streng av fibersammensatte staver, eksempelvis med et tverrsnitt på 0,75 cm^, til å dekke alle i praksis forekommende oppgaver. De fibersammensatte staver forløper i hvert tilfelle fra den nedre klemplateforankring gjennom inntil den øvreende, da en tilpassing av tverrsnittet som det under tiden foretas ved stålstenger ikke er nødvendig og ikke medfører omkostnings-fordeler.

De fibersammensatte staver bestårav ensrettet forsterket materiale slik det eksempelvis er omtalt i EP-PS 0 000 734, og slik det eksempelvis er i handelen under varemerket "Polystal". Egnet er ifølge dette alle fibersammensatte staver med 70-85 vekt-% endeløse fibre av glassfibre, karbon og aramidfibre. Som reaksjonsharpikser kan det anvendes epoksy, polyester, polyuretan og fenolharpikser. Råtettheten ligger på mellom 1,4-2,2 kg/dm<2>. Som tverrsnitt er det egnet flater mellom 20-100 mm<2>, fortrinnsvis 40-80 mm<2>. Strekk-fastheten ligger mellom 1000-2000 N/mm2. Bøyemodulen utgjør, referert til hele tverrsnittet, 40000-200000 N/mm<2>. De fibersammensatte staver i de angivende dimensjoner lar seg vikle på tromler. Transport og tilførsel 1 stigerøret lettes derved betraktelig.

Det forekommer at borehullet ikke forløper nøyaktig vertikalt eller også er stedvis forskjøvet eller krummet. Til utligning av slike uregelmessigheter er pumpestrengen ifølge oppfinnelsen fremragende egnet. Det kan derved være hensiktsmessig ved flere steder i stigerøret å anordne føringselementer i form av avstandsholdere på strengen. Fortrinnsvis består de av termoplastiske polymere, som f.eks. kan festes ved påklemming på pumpestrengen. Ved tall og anordning av avstandsholdere kan det dessuten påvirke pumpestrengens svingningsforhold.

På tilsvarende måte lar det også tette pumpestrengen i stigerørets øvre område. Ved de vanlige strengdyppumper er det hertil nødvendig med den såkalte "Polierstang".

Pumpestrengen er ufølsom ovenfor en korrosjonspåkjenning.

Ifølge en videreutformlng av oppfinnelsen kan hver enkelt fibersammensatt stav også overprøves i innbygd tilstand på dens brukbarhet. Også ved spesielt høyverdig materiale er det under de gitte omstendigheter ofte ikke mulig å unngå at enkelte fibersammensatte elementer beskadiges. Ved de hittil anvendte pumpestrenger hadde en beskadigelse katastrofale følger, fordi en berging av en pumpe med revnet pumpestreng eksempelvis kan vare i flere dager. Ved pumpestrengen ifølge oppfinnelsen kan på enkel måte ved hver enkelt fibersammensatt stav i det minste fastslås om den er brukket, når det ved den endeløse fremstilling av fibersammensetningen innleires en indikator, foretrukket er metalliske eller lysledere. Den elektriske motstand er spesielt lett målbar. Ved lyssledere kan man av dempningen omtrent vurdere hvor langt borte et ødelagt område er. På grunn av slike målinger kan en skades omfang vurderes og det kan eksempelvis ansvarliggjøres ved en streng av tolv fibersammensatte staver, hvor bare en fibersammensatt stav er ødelagt, muligens på grunn av videreløpets overdimensjonering, mens uten separate kontroller blir reparasjonen tvilsom.

Pumpestrengen ifølge oppfinnelsen kan også kombineres av forskjellige fibersammensatte staver, spesielt ved forskjellige fiberinnhold eller ved forskjellige fiberforsterknings-typer. Det påvirker derved pumpestrengens svingningsforhold.

Dessuten kan også de enkelte fibersammensatte staver være ommantlet med en termoplast, eksempelvis som ekstra beskyttelse mot korrosjon og mekanisk beskadigelse.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser skjematisk en strengdyppumpe.

Fig. 2 viser klemplateforankring av en streng av seks fibersammensatte staver. Fig. 3 viser et perspektivisk oppriss av et snitt ifølge

fig. 2.

Fig. 4 viser avstandsholder.

Fig. 5 viser overvåking av de enkelte fibersammensatte staver med innlagt ledningstråd.

Ved hjelp av drevet 1 over jorden beveges over sveivstangen 2, pumpestangen 3, med det såkalte "hestehodet" 4 ved enden. Pumpestrengen 5 er gjennomgående uten noen mellomforblndelse og består av et antall ensrettede, forsterkede, f ibersammensatte elementer. Ved begynnelsen og enden er de grepet av den øvre og nedre klemplateforankring 6 resp. 7, dermed er det over tauet 8 dannet forbindelse med hestehodet 4 og pumpen 9. Til føring av pumpestrengen 5 er det anordnet avstandsholdere 10. Ved de tidligere strengdyppumper er det øvre området av stigerøret 11 tettet med en stoppboks 12, hvorigjennom polierstangen føres.

Ved pumpen ifølge oppfinnelsen er det I dette området anordnet et tilsvarende langt utformet kunststoffsylinder 13, som tjener som "avstandsholder" og overtar tettefunksjonen. Stigerøret 11 er omgitt av et foringsrørl4 som er perforert i den nedre ende. Væsken uttas ved toppen 15 av stigerøret 11. På pumpen 9 er det antydet stempelet 16, stempelventil 17 og fotventil 18.

På grunn av den høye fasthet av det ensrettede armerte f ibersammensatte materiale er utforming av en tilsvarende klemplateforankring til kraftledning meget viktig. På fig. 2 og 3 er det vist et slikt element for seks runde fibersammensatte staver 21. Diameteren av en fibersammensatt stav 21 utgjør her 7,5 mm. Forankringen bestårav flere over hverandre liggende klemplater 22, 23, 24, 25, hvori de fIbersammensatte staver 21 er innleiret formsluttet, hvilket muliggjør et meget godt volumetrisk presstrykk. Klemplatene 22, 23, 24, 25 forspennes med hverandre ved hjelp av strekkskrue 26. Strekkskruen 26 hindrer også en avglidning av klemplaten 22, 23, 24, 25 mot hverandre. Den maksimale belastbarhet av en fibersammensatt stav 21 utgjørca. 60 kN, elastisitetsmodulen ca. 50000 N/mm<2>, ved et 2000 m dypt borehull fremkommer derved en vekt av den ensrettede, forsterkede fibersammensatte stav på ca. 1200 kg, klemplater, polierstenger og avstandsholdere utgjør dessuten ca. 200 kg. Tilsvarende ytelsesdyktige pumpestrenger er hittil ukjent.

Fig. 4 viser en avstandsholder 10 som i det vesentlige er oppbygd som en klemplateforankring, den ytre diameter er bare avstemt på den indre diameter av stigerøret 11 og i stedet for stål anvendes vanligvis kunststoff. Det hindres derved ved skader eller krummede borehull en friksjon av strengen mot rørveggen og føringen forbedres. Polierstangen er oppbygd tilsvarende, men lenger enn en avstandsholder 10 av kunststoff.

Overvåkning av de enkelte fIbersammensatte staver er skjematisk vist på fig. 5. Allerede ved fremstillingen av f ibersammensatte staver kan det i hver stav 30 innlegges en elektrisk leder31. Av enkelthetshensyn er det bare skjematisk vist tre f ibersammensatte staver, og den øvre og nedre klemplateforankring 32 resp. 33. Lederen 31 er resp. ført ut av de fibersammensatte staver ved enden. I området for den nedre klemplateforankring 33 er alle lederene 31 forbundet med hverandre. De ved den øvre klemplate 32 uttatte ledere 31 er forbundet med måleapparater 34.

Montasjen av en pumpestreng er mulig på stedet. De på vikletromler oppspolte "endeløse fibersammensatte staver" føres til borehullet. Der håndteres først endene av de fibersammensatte staver og den elektriske kontrollinnretning med klemplateforankringen på pumpesiden og forbindes med pumpen. Pumpen slippes deretter i borehullet, fallhas-tigheten reguleres over en bremseinnretning på vikletrom-melen. Hvis nødvendig, påskrus i bestemte avstander avstandsholdere. Har pumpen nådd sin stilling, monteres klemplateforankringen på drivsiden, og forbindes med taumontasjehodet av pumpehestehodet. Kort før å ha nådd pumpeendestillingen monteres dessuten det som polierstang virkende føringsele-ment til de fibersammensatte staver.

Claims (9)

1. Strengdyppumpe, hvor et i et stigerør (11) på en pumpestreng (5) hengende stempel (16), beveges opp og ned i et pumpehus (9) ved bunnen av stigerøret (11) fra et pumpedrev (1) over jorden, karakterisert ved at pumpestrengen (5) består av flere i det vesentlige parallelt løpende, men ikke til hverandre liggende ensrettet, forsterkede fibersammensatte staver (21), hvorav hver har en over den samlede lengde liktblivende tverrsnittsflate på mindre enn 1 cm<2>.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at forbindelsen av pumpestrengen (5) med stempelet (16) resp. drevet(4) bare foregår over en nedre resp. øvre klemplateforankring (7) resp. (6).

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at til føring av pumpestrengen (5) i stigerøret (11) er det på de fibersammensatte staver (21) påklemt avstandsholdere (10), fortrinnsvis av kunststoff.

4. Innretning ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at til avtetting av pumpestrengen (5) ved den øvre ende av stigerøret (11) er det påklemt en kunststoffsylinder (13) på de fibersammensatte staver (21).

5. Innretning ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at i hver fibersammensatt stav (30) er det tilstede en elektrisk leder(31), lederen (31) er i området for den nedre klemplateforankring (33) forbundet med hverandre og lederen i området for den øvre klemplateforankring (32) ført ut så vidt at det kan dannes forbindelser med et ledningsevnemålapparat (34).

6. Innretning Ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at i hver fibersammensatt stav er det tilstede en metallisk leder, og lederene i området for den øvre klemplateforankring er ført ut så langt at det kan fremstilles forbindelser med et målapparat til ultralydmåling.

7. Innretning ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at i hver fibersammensatt stav er det tilstede en lysledningskabel og lysledningskabe-len er området for den øvre klemplateforankring ført ut så vidt at det kan dannes en forbindelse med et målapparat for lysdempning.

8. Innretning ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at pumpestrengen (15) består av forskjellige fibersammensatte staver, spesielt slike med forskjellige fibre eller flberdeler.

9. Innretning ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at de fibersammensatte staver er ommantlet med termoplastiske polymere.