WO2006063562A1

WO2006063562A1 - Pumpenanordnung zur förderung einer flüssigkeit aus einem bohrloch

Info

Publication number: WO2006063562A1
Application number: PCT/DE2005/002209
Authority: WO
Inventors: Herwart Dietrich; Klaus-Jürgen Löber
Original assignee: Herwart Dietrich; Loeber Klaus-Juergen
Priority date: 2004-12-11
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2006-06-22
Also published as: DE102004060324A1

Abstract

Es wird eine Pumpenanordnung (6) zur Förderung einer Flüssigkeit, insbesondere Erdöl, aus einem Bohrloch beschrieben. Die Pumpenanordnung (6) arbeitet mit einem hydraulisch betätigbaren Pumpenkolben (22). Sie zeichnet sich ausserdem erfindungsgemäss dadurch aus, dass der Pumpenkolben (22) in einem Ringraum (17) zwischen zwei Rohren (14, 16) verschleissarm geführt und an seinem unteren Ende mit einem eine Pumpenkammer (23b) bildenden und ein Ventil (25) tragenden Tragrohr (23) verbunden ist.

Description

Pumpenanordnung zur Förderung einer Flüssigkeit aus einem Bohrloch

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Pumpenanordnungen dieser Art können zur Förderung zahlreicher Flüssigkeiten wie z. B. Thermalwasser eingesetzt werden. Dir Hauptanwendungsgebiet wäre jedoch die Erdölförderung. Da bekannte Pumpenanordnungen mit hydraulisch angetriebenen Pumpenkolben aber aus vergleichsweise komplizierten Konstruktionen bestehen, ist in der Praxis bisher kein Anwendungsfall für sie bekannt geworden. Eine bekannte Pumpe (EP 0 105 877 Bl) weist z. B. zwei durch eine Trennwand getrennte Pumpen- kolben auf, die mittels eines hydraulischen Mediums hin und her bewegt werden können. Zur Umsteuerung des hydraulischen Mediums, das mittels eines manuell zu betätigenden Pumpenschwengels nur in einer Richtung gefördert werde kann, dient ein von Federn vorgespanntes Ventil, das durch Anschlagen des Pumpenkolbens in dessen Umkehrpunkten in die eine oder andere Position eingestellt wird. Derartige Systeme sind nicht nur störanfällig, sondern auch für die Förderung von Flüssigkeiten aus Tiefbohrungen kaum geeignet. Außerdem ist nicht ersichtlich, wie die Pumpenanordnung in einem Bohrloch installiert werden könnte. Letzteres gilt auch für eine andere bekannte Pumpenanordnung (EP 0 118 497 Bl). Bei dieser kann das hydraulische Medium zwar ohne mechanische Anschläge in entgegen gesetzte Richtungen gesteuert werden, doch besteht hier neben der aufwendigen Konstruktion auch der Nachteil, daß sich die zu fördernde Flüssigkeit mit dem hydraulischen Medium vermischt, was nicht immer erwünscht ist.

Insbesondere für die Erdölförderung werden daher heute trotz der Vorteile, die hydraulisch betriebene Pumpenanordnungen bieten könnten, durchweg Pumpenanordnungen verwendet (PCT WO 00/50774, US 6 640 896 Bl), bei denen der Pumpenkolben mit Hilfe eines in das Bohrloch eingeführten Gestänges betätigt wird. Das Gestänge wird seinerseits über Tage mittels eines Schwengels angetrieben, der einerseits über ein kreisförmiges Segment an das Gestänge angekoppelt und andererseits über ein Hebelgetriebe mit einem Antriebsmotor verbunden ist (Pferdekopf- antrieb). Derartige Pumpenanordnungen sind nicht nur mit hohen Investitionskosten verbunden und umständlich in der Anwendung, sondern auch aus optischen Gründen nicht immer erwünscht, da sie weithin sichtbar sind und die Umgebung verunstalten.

Abgesehen davon weisen die bekannten, für Tiefbohrungen geeigneten Pumpenanordnungen zahlreiche Verschleißteile auf. Da die meisten dieser Verschleißteile in großen Tiefen von z. B. 500 m bis 5000 m angeordnet sind und das Bergen, Reparieren und Niederbringen eines im Bohrloch befindlichen Teils der Pumpenanordnung mühsame und zeitraubende, oft über mehrere Tage erstreckte Tätigkeiten erfordert, ist jeder Ersatz eines Verschleißteils mit einer längeren Unterbrechung der Fördertätigkeit verbunden. Dieser Nachteil wird bisher in Kauf genommen.

Ausgehend davon besteht das Problem der vorliegenden Erfindung darin, die Pumpenanordnung der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß sie trotz des Vorhandenseins eines hydraulisch betätigbaren Pumpenkolbens einen einfachen Aufbau hat, weniger Verschleißteile aufweist und an der Oberfläche des Bohrlochs keine aufwendigen und weithin sichtbaren Konstruktionen erfordert.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den allgemeinen Aufbau einer Pumpenanordnung für die Förderung einer Flüssigkeit aus einem Bohrloch bei hydraulischem Antrieb eines Pumpen- kolbens; Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch wesentliche Teile einer erfϊndungs- gemäßen Pumpenanordnung;

Fig. 3 und 4 einen mittleren Abschnitt der Pumpenanordnung nach Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab und in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen; und

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Pumpenanordnung längs der Linie V - V der Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Pumpenanordnung zur Förderung einer Flüssigkeit aus einem Bohrloch, wobei im Ausfuhrungsbeispiel Erdöl als die zu fördernde Flüssigkeit angenommen ist. Zur Förderung dieser Flüssigkeit wird zunächst in bekannter Weise ein äußeres, z. B. aus Stahl bestehendes Schutzrohr 1 niedergebracht, das zum Schutz des Bohrlochs vor dem Einstürzen und ggf. als Wassersperre dient, bis zum Grund der Bohrung reicht und durch einen Boden 2 abgeschlossen ist. Nach dem Erreichen der die Flüssigkeit enthaltenden Bodenschichten wird mittels eines Drahtseils od. dgl. wie üblich eine Sprengladung in das Schutzrohr 1 eingebracht, um dieses im unteren Bereich mit Löchern 3 zu versehen, durch die die Flüssigkeit eintreten kann. Um dabei zu vermeiden, daß die Flüssigkeit sofort nach oben aus dem Bohrloch austritt, wird mit einer Bohrspülung, deren Dichte größer als die der zu fördernden Flüssigkeit ist, zunächst ein Gegendruck erzeugt.

Der obere Rand der Bohrung wird mit einem nur in Fig. 2 dargestellten Bodenflansch 4 des Schutzrohrs 1 gegenüber der Erdoberfläche 5 abgedichtet. Anschließend wird eine in Fig. 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnete Pumpenanordnung in das Bohrloch bzw. das Schutzrohr 1 eingebracht und bis zu dem sich ergebenden Flüssigkeitsspiegel abgesenkt. Zum Transport der von der Pumpenanordnung 6 geförderten Flüssigkeit an die Erdoberfläche 5 dient eine ebenfalls in das Bohrloch eingebrachte Steigleitung 7. Abschließend wird das Bohrloch mit einem üblichen Förderkreuz 8 abgedichtet, das die notwendigen Schieber, Manometer und Anschlüsse enthält, um die aus der Steigleitung 7 austretende Flüssigkeit in eine Förderleitung (Pipeline) od. dgl. zu befördern.

Im Falle einer hydraulischen Betätigung der Pumpenanordnung 6 ergibt sich der Vorteil, daß an der Erdoberfläche 5 im Bereich der Bohrungsöffnung kein Raum für den sonst üblichen mechanischen Antrieb (Pferdekopf) benötigt wird. Es ist lediglich eine wenig Raum beanspruchende Hydrauliksteuerung 9 vorhanden, die über im Schutzrohr 1 verlegte Hydraulikleitungen 10 und 11 mit der Pumpenanordnung 6 verbunden wird. In die Hydraulikleitungen 10, 11 sind vorzugsweise elektrisch steuerbare, über Tage angeordnete Ventile 12 eingesetzt, die zur Steuerung des Flusses eines in den Hydraulikleitungen 10, 11 befindlichen hydraulischen Mediums dienen. Die aus dem Förderkreuz 8 und der Hydrauliksteuerung 9 bestehende Konstruktion kann bei Bedarf auch in einer Bodenausnehmung oder im Keller eines Gebäudes untergebracht und damit weitgehend unsichtbar angeordnet werden.

Pumpenanordnungen dieser Art sind z. B. aus den eingangs genannten Druckschriften, insbesondere aus EP 0 118 497 Bl bekannt, die hiermit durch Referenz auf sie zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht werden.

Eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung 6 ist in Fig. 2 bis 4 dargestellt, in denen gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind. Dabei sind verschiedene Rohre der Pumpenanordnung 6 verkürzt dargestellt, was durch eingezeichnete Trennlinien angedeutet ist.

Die Pumpenanordnung 6 enthält ein erstes Rohr 14, das mit einem oberen Ende eine in einem oberen Flansch 15 ausgebildete Durchgangsöffnung durchragt und mit diesem Flansch 15 fest und dicht verbunden ist. Das erste Rohr 14 ist mit Abstand von einem zweiten Rohr 16 umgeben, so daß zwischen den beiden Rohren 14 und 16 ein erster Ringraum 17 entsteht. Das zweite Rohr 16 ist außerdem mit Abstand von einem dritten Rohr 18 umgeben, das mit dem zweiten Rohr 16 einen zweiten Ring- räum 19 begrenzt. Obere Enden des zweiten und dritten Rohrs 16, 18 sind am oberen Flansch 15 befestigt. Ein unteres Ende des mittleren Rohrs 16 ist außerdem an einem unteren Flansch 20 befestigt, der in einen mittleren Bereich des äußersten, dritten Rohrs 18 eingesetzt und mit diesem fest und dicht verbunden ist. Die drei Rohre 15, 16 und 18 sind vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildet und koaxial zu einer gemeinsamen Längsachse 21 angeordnet, die zweckmäßig auch koaxial mit der Mittelachse des Schutzrohrs 1 ist, obwohl natürlich auch andere geometrische Ausgestaltungen möglich sind.

Der erste Ringraum 17 dient zur Aufnahme eines Pumpenkolbens 22, der als ein das erste Rohr 14 umgebender Ring ausgebildet ist und zwischen den beiden Flanschen 15 und 20 parallel zur Längsachse 21 hin und her bewegt werden kann. Die Flansche 15, 20 legen dabei im wesentlichen den Bewegungshub für den Pumpenkolben 22 fest.

Der untere Flansch 20 ist mit einem vom ersten Rohr 14 zumindest teilweise durchragten Durchgang versehen, der einen etwas größeren Innenquerschnitt hat, als dem Außenquerschnitt des Rohrs 14 entspricht. In dem dadurch entstehenden Ringspalt ist ein Tragrohr 23 axial verschiebbar gelagert, das an einem unteren Ende des Pumpenkolbens 22 befestigt ist, von diesem nach unten ragt und vorzugsweise koaxial mit der Längsachse 21 ist. Dabei sind die Maße der verschiedenen Teile so gewählt, daß einerseits der Pumpenkolben 22 zwischen den Rohren 14 und 16 und andererseits das Tragrohr 23 zwischen dem ersten Rohr 14 und dem Flansch 20 jeweils zwar leichtgängig, aber dennoch mit wenig Spiel verschiebbar gelagert ist.

An einem in Fig. 2 bis 4 unteren Ende, das aus dem unteren Flansch 20 herausragen kann, ist das erste Rohr 14 mit einem ersten Ventil 24, dem sog. Kolbenventil versehen, das den Durchgang durch das Rohr 14 freigeben oder sperren kann. Das Tragrohr 23 weist an einem unteren, über das Ventil 24 nach unten überstehenden Endabschnitt 23a ein zweites Ventil 25, das sog. Fußventil auf. Dabei ist der End- abschnitt 23a in axialer Richtung wenigstens so lang, daß das zweite Ventil 25 in jeder möglichen axialen Stellung des Pumpenkolbens 22 unter dem ersten Ventil 24 angeordnet ist, ohne an dieses anzuschlagen, wie ein Vergleich der Fig. 3 und 4 zeigt, in denen die beiden möglichen Extremstellungen des Pumpenkolbens 22 dargestellt sind. Das zweite Ventil 25 kann den Durchgang durch das Tragrohr 23 freigeben oder sperren. Es ist außerdem zweckmäßig lose in das untere Ende des Tragrohrs 23 eingesetzt und in diesem mit einer Sicherungsmuffe 26 gehalten, die nach Art einer Überwurfmutter ausgebildet, auf einen Außengewindeabschnitt des Endabschnitts 23a aufgeschraubt und mit einem einen Eingang des Ventils 25 freilassenden Durchgang versehen ist. Dadurch ist das Ventil 25 leicht auswechselbar am Tragrohr 23 befestigt.

Der Innenraum eines zwischen den beiden Ventilen 24, 25 befindlichen Abschnitts des Tragrohrs 23 bildet, wie weiter unten erläutert ist, eine Pumpenkammer 23b, ggf. zusammen mit einem über das Ventil 24 nach unten hinaus ragenden Teil des ersten Rohrs 14. Die Größe dieser Pumpenkammer 23b legt die Menge an Flüssigkeit fest, die pro Pumpzyklus gefördert werden kann.

Die Ventile 24, 25 bestehen vorzugsweise aus an sich bekannten Kugel- bzw. Rückschlagventilen, die in Richtung der in Fig. 2 eingezeichneten Pfeile geöffnet bzw. geschlossen werden können.

Das dritte Rohr 18 ist auf der vom oberen Flansch 15 entfernten Seite mit einen über den unteren Flansch 20 hinaus verlängerten Abschnitt versehen. Dieser weist ein unteres Ende 18a auf, das zweckmäßig in jeder möglichen Position des Pumpenkolbens 22 über das untere Ende des Tragrohrs 23 bzw. das Ventil 25 nach unten vorsteht. An diesem Ende 18 ist eine Schutzkappe 27 befestigt, die nach unten hin z. B. konisch ausläuft und mit Öffnungen 28 in Form von Schlitzen od. dgl. versehen ist. Die Schutzkappe 27 und das Ende 18a des Rohrs 18 sind zu diesem Zweck z. B. mit Innengewindeabschnitten versehen, in die eine mit einem Außengewindeabschnitt versehene Verbüidungsmuffe 29 eingeschraubt wird, um die Schutzkappe 27 leicht auswechselbar am Rohr 18 zu befestigen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die zu fördernde Flüssigkeit nur durch die Öffnungen 28 in das dritte Rohr 18 bzw. von dort durch das Ventil 25 in das Tragrohr 23 gelangen kann. In der Flüssigkeit enthaltene Verunreinigungen, insbesondere größere Partikel davon, werden auf diese Weise von der Pumpenanordnung 6 und vor allem von den Ventilen 24, 25 ferngehalten.

Bei der beschriebenen Anordnung bildet der erste Ringraum 17 eine auf einer (hier oberen) Seite des Pumpenkolbens 22 liegende, erste Druckkammer, während der zweite Ringraum 19 eine für die andere (hier untere) Seite des Pumpenkolbens 22 zuständige, zweite Druckkammer darstellt. Dabei ist der erste Ringraum 17 über einen den oberen Flansch 15 durchragenden Abschnitt 10a der Hydraulikleitung 10, der zweite Ringraum 19 über einen den oberen Flansch 15 durchragenden Abschnitt IIa der Hydraulikleitung 11 mit der Hydrauliksteuerung 9 (Fig. 1) verbunden. Außerdem ist das zweite Rohr 16 an einem in Fig. 2 bis 4 unteren, an den Flansch 20 grenzenden Endabschnitt mit Öffnungen 30 (Fig. 3 und 4) in Form von Schlitzen od. dgl. versehen, durch die hindurch der zweite Ringraum 19 an einer in Fig. 2 und 4 unterhalb des Pumpenkolbens 22 liegenden Stelle mit dem ersten Ringraum 17 verbunden ist. Wird daher die Hydraulikleitung 10 mit Druck beaufschlagt und gleichzeitig die Hydraulikleitung 11 drucklos geschaltet bzw. entlüftet, dann wird der Pumpenkolben 22 in Fig. 2 bis 4 nach unten bis in seinen unteren Totpunkt (Fig. 3) bewegt. Wird dagegen die Hydraulikleitung 11 mit Druck beaufschlagt und die Hydraulikleitung 10 drucklos geschaltet, dann wird das hydraulische Medium durch die Öffnungen 30 aus dem Ringraum 19 unter dem Pumpenkolben 22 hindurch in den Ringraum 17 gedrückt, wodurch der Pumpenkolben 22 bis in seinen oberen, aus Fig. 3 ersichtlichen und in Fig. 2 und 4 mit einer gestrichelten Linie 31 angedeuteten Totpunkt bewegt wird.

Damit sich der Pumpenkolben 22 in seinem unteren Totpunkt nicht auf den Flansch 20 auflegt und dadurch die Öffnungen 30 verschließt, ist auf der ihm zugewandten Stirnfläche des Flansche 20 vorzugsweise wenigstens ein stegartig in den Ringraum 17 ragender Anschlag 32 vorgesehen, an den der Pumpenkolben 22 in seiner unteren Totpunktstellung derart anschlägt, daß die Öffnungen 30 mit Sicherheit offen bleiben. Am freien Ende des Anschlags 32 ist mit besonderem Vorteil ein Druckschalter 33 befestigt, der beim Anschlagen des Pumpenkolbens 22 ein z. B. elektrisches Signal erzeugt, das über eine schematisch dargestellte, zweckmäßig innerhalb des Schutzrohrs 1 verlaufende Leitung 34 der Hydrauliksteuerung 9 bzw. den Steuerventilen 12 (Fig. 1) zugeführt wird. Wenigstens ein entsprechender Anschlag 35 kann von der unteren Stirnfläche des oberen Flansches 15 in den Ringraum 17 ragen und mit einem weiteren Druckschalter 36 versehen sein, der über eine weitere Leitung 37 mit der Hydrauliksteuerung 9 bzw. den Steuerventilen 12 verbunden ist. Mittels der von den Druckschaltern 33, 36 erzeugten Signale kann auf diese Weise der Hydrauliksteuerung 9 mitgeteilt werden, wann der obere bzw. untere Totpunkt des Pumpenkolbens 22 erreicht ist und die jeweils andere Hydraulikleitung aktiviert werden muß.

Die beschriebene Baueinheit, die insbesondere die Rohre 14, 16 und 18 sowie die Flansche 15 und 20 enthält, wird erfindungsgemäß mittels eines sog. Packers 40 fest im Schutzrohr 1 fixiert. Unter einem "Packer" wird in der Fachwelt ein Absperrorgan verstanden, das zum Abdichten von Bohrungen dient und an seinem Außenumfang mit wenigstens einer kompressiblen, gegen die Bohrungswand drückbaren, z. B. aus Gummi bestehenden Manschette versehen ist. Packer dieser Art sind allgemein bekannt und werden z. B. von der Fa. Halliburton Germany GmbH in D-29232 Celle hergestellt bzw. vertrieben. Erfindungsgemäß wird ein solcher Packer 40 von der Bohrlochöffnung aus z. B. mit einem Drahtseil oder einem Gestänge in das Schutzrohr 1 abgelassen und dann von über Tage aus pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch aufgeweitet, bis er dicht am Innenmantel des Schutzrohrs 1 anliegt.

Der Packer 40 enthält einen Durchgang, der von einem nach oben aus dem oberen Flansch 15 herausragenden Teil des ersten Rohrs 14 durchragt wird und fest mit dem Rohr 14 verbunden ist. Alternativ kann der Packer 40 aber auch an einem als Verlängerungsstück dienenden Rohr 41 befestigt sein, das mittels einer Verbindungsmuffe 42 fest mit dem ersten Rohr 14 verbunden ist, indem die Verbindungsmuffe 42 z. B. mit einem Innengewinde versehen und mit diesem auf Außengewindeabschnitte der Rohre 14 und 41 aufgeschraubt wird. Dabei wird der Packer 40 in einer solchen Höhe innerhalb des Schutzrohrs 1 montiert, daß insbesondere der unterhalb des unteren Flanschs 20 befindliche Teil der Pumpenanordnung 6 sicher unterhalb eines sich ausbildenden Flüssigkeitsspiegels 43 liegt.

Schließlich enthält der Packer 40 nicht näher dargestellte Bohrungen, die von den Hydraulikleitungen 10, 11 und den zu den Druckschaltern 33, 36 führenden Leitungen 34, 37 abgedichtet durchragt sind. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der Packer 40 den unterhalb von ihm und außerhalb der Rohre 14 bzw. 41 befindlichen Teil des Schutzrohrs 1 hermetisch gegen den entsprechenden, über ihm angeordneten Teil des Schutzrohrs 1 abdichtet und nur das Rohr 14 bzw. 41, die Hydraulikleitungen 10, 11 sowie die elektrischen Leitungen 34, 37 den Packer 40 abgedichtet durchragen. Bei einem derzeit für am besten gehaltenen Ausführungsbeispiel werden allerdings die Leitungen 10,11 und 34, 37 sämtlich in einem Abschnitt des den Packer 40 durchragenden Rohrs 14 bzw. 41 angeordnet, wie in Fig. 2 bis 4 für die Leitungen 10, 11 dargestellt ist. Dadurch wird erreicht, daß der Packer 40 nur mit einem einzigen, zur Aufnahme des Rohrs 14, 41 bestimmten Durchgang versehen werden braucht.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird oberhalb des Packers 40 eine sogenannte Schiebemuffe 44 in das Rohr 14 bzw. 41 eingesetzt. Die Schiebemuffe 44, die in Fig. 3 und 4 schematisch dargestellt ist, enthält ein zwischen das Rohr 14 und das Rohr 41 oder zwischen zwei Rohre 41 geschraubtes, zweckmäßig denselben Durchmesser wie diese aufweisendes Außenrohr 44a und ein mit wenig Spiel in diesem verschiebbar gelagertes Innenrohr 44b. Das Außenrohr 44a weist in seinem Mantel wenigstens ein durchgehendes Loch 44c auf, während das Innenrohr 44b mit einer Halterung 44d verbunden ist, an der ein die Steigleitung 14, 41 durchragendes Stahlseil oder dergleichen befestigt ist. Dadurch kann das Innenrohr 44b wahlweise angehoben werden, um das Loch 44c freizugeben, oder in die aus Fig. 3 und 4 ersichtliche Stellung abgesenkt werden, in welcher das Loch 44c verschlossen ist. Auch Schiebemuffen der beschriebenen Art werden von der Fa. Halliburton Germany GmbH in D-29232 Celle hergestellt bzw. vertrieben. Der mit der Schiebe- muffe 44 verfolgte Zweck ist weiter unten erläutert. Das aus dem Packer 40 nach oben herausragende Ende des ersten Rohrs 14 oder des Rohrs 41 wird an die auch in Fig. 1 dargestellte Steigleitung 7 angeschlossen.

Da die Montage der beschriebenen Pumpenanordnung 6 im Schutzrohr 1 erfindungs- gemäß mittels des Packers 40 erfolgt, brauchen von oben her keine weiteren Maßnahmen mehr getroffen und keine aufwendigen Konstruktionen zum Einführen von Pumpgestängen od. dgl. vorgesehen werden. Außerdem ist es ausreichend, die unterhalb des Packers 40 befindlichen, für das Pumpen benötigten Bauteile, insbesondere die Flansche 15 und 20, die Rohre 14, 16 und 18 sowie den Pumpenkolben 22 und das Tragrohr 23 aus mechanisch stabilen Materialien wie z. B. Stahl herzustellen. Dagegen hat die Steigleitung 7 nach dem Befestigen des Packers 40 keinerlei tragende bzw. führende Funktionen mehr. Sie wird daher erfindungsgemäß aus einem vorzugsweise flexiblen Schlauch hergestellt. Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, daß keine aufwendigen Manipulationen über Tage erforderlich sind, um die Steiglei- tung Schritt für Schritt zu verlängern, indem kurze Rohrstücke mittels Verbindungsmuffen miteinander verbunden werden. Ein flexibler Schlauch kann vielmehr in großen Längen auf eine Schlauchrolle aufgewickelt werden, so daß es nur erforderlich ist, diese am Bohrloch kontinuierlich abzuwickeln. Die Montagezeit für die erfindungsgemäße Pumpenanordnung 6 wird dadurch erheblich reduziert.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Pumpenanordnung 6 ist im wesentlichen wie folgt:

Nach der Befestigung des Packers 40 im Schutzrohr 1 ist die Pumpenanordnung 6 betriebsbereit. Ein Pumpzyklus beginnt dabei, ausgehend von der aus Fig. 4 ersichtlichen Stellung, mit der Zufuhr des hydraulischen Mediums durch die Hydraulikleitung 10. Dadurch wird, wie in Fig. 4 durch Pfeile angedeutet ist, der Druck im Ringraum 17 erhöht und infolgedessen der Pumpenkolben 22 in Fig. 4 nach unten bewegt, während gleichzeitig der unterhalb des Pumpenkolbens 22 befindliche Teil des hydraulischen Mediums über den Ringraum 19 und die Hydraulikleitung 11 zurück zu einem in der Hydrauliksteuerung 9 befindlichen Vorratstank fließt. Da das Tragrohr 23 dabei gegen die Flüssigkeit bewegt wird, die in den Raum zwischen dem Tragrohr 23, dem unteren Flansch 20 und dem dritten Rohr 18 eingedrungen ist, öffnet in dieser Phase das Ventil 25, so daß sich die Pumpenkammer 23b allmählich mit Flüssigkeit füllt. Das Ventil 24 wird dagegen durch die über ihm stehende Flüssig- keitssäule geschlossen gehalten.

Sobald der Pumpenkolben 22 den Anschlag 32 erreicht, wird der Endschalter 33 betätigt, wodurch die Hydrauliksteuerung 9 jetzt den Druck in der Hydraulikleitung 11 erhöht. Dadurch wird der Pumpenkolben 22 mittels des in den zweiten Ringraum 19 einströmenden, hydraulischen Mediums in Fig. 2 und 3 nach oben bewegt, wie wiederum mit Pfeilen angedeutet ist. Das hat zur Folge, daß das Ventil 25 wegen des Drucks der darüber stehenden Flüssigkeitssäule schließt und die in der Pumpenkammer 23b befindliche Flüssigkeitsmenge mit dem Tragrohr 23 nach oben gedrückt wird, wodurch sich das Ventil 24 selbsttätig öffnet. Gleichzeitig wird vom Tragrohr 23 weitere Flüssigkeit in den Raum zwischen ihm und dem unterhalb des Flansche 20 befindlichen Teil des dritten Rohrs 18 angesaugt, so daß sich dieser Raum wieder füllt. Außerdem öffnet das Ventil 24 in dieser Phase so lange, bis der Pumpenkolben 22 seinen obersten Totpunkt erreicht hat und die zunächst in der Pumpenkammer 23b befindliche Flüssigkeitsmenge in den oberhalb des Ventils 24 befindlichen Teil des ersten Rohrs 14 überführt worden ist. Nach Betätigung des Druckschalters 36 wiederholt sich das beschriebene Bewegungsspiel. Dadurch wird das Ventil 24 wieder geschlossen, so daß die zuvor nach oben gedrückte Flüssigkeitsmenge nicht nach unten abfließen kann, während das Ventil 25 erneut öffnet, um die Pumpenkammer 23b wieder zu füllen.

Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung 6 besitzt nur wenige Verschleißteile und ist daher äußerst wartungsarm, einfach handhabbar und kostengünstig herstellbar. Im Bereich des Pumpenkolbens 22 sind vorzugsweise keine zusätzlichen Dichtungen vorhanden. Reibung tritt dann nur zwischen den in Berührung kommenden Flächen des Pumpenkolbens 22, der ihn führenden Rohre 14 und 18 und in einem Bereich zwischen dem Flansch 20 und dem Rohr 14 durch das von diesen geführte Tragrohr 23 auf. Diese Flächen werden daher vorzugsweise als Planflächen ausgebildet, aus Stahl gefertigt und durch Induktionshärtung od. dgl. gehärtet, wodurch besonders verschleißfeste Oberflächen erhalten werden. Weitere Verschleißteile sind die Ventile

24 und 25, die jedoch aufgrund ihrer Ausbildung als Kugelventile ebenfalls verschleiß- arm sind.

Zur weiteren Minimierung des Verschleisses wird vorgeschlagen, die Hydraulikleitung 10 und die zugehörigen Teile ganz wegzulassen oder zumindest weitgehend unbenutzt zu lassen. Der Pumpenkolben 22 wird in diesem Fall durch sein Eigengewicht in seine untere Totpunkt-Stellung nach Fig. 2 und 3 zurückbewegt. Bei dieser Variante wird der Pumpenkolben 22 zweckmäßig mit einem zusätzlichen Gewicht belastet, indem dieses z. B. am Tragrohr 23 befestigt oder ein Tragrohr 32 vorgesehen wird, das eine vergleichsweise große Wandstärke aufweist. Die Hydraulikleitung 10 kann in diesem Fall z. B. als reine Entlüftungsleitung verwendet werden.

Zur weiteren Reduzierung von Verschleißteilen ist nach einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, auch denjenigen Teil der Hydraulikleitung 11 wegzulassen, der von der Hydrauliksteuerung 9 bis zum Packer 40 erstreckt ist. In diesem Fall wird ein oberhalb des Packers 40 befindlicher, zwischen der Steigleitung 7 und dem Schutzrohr 1 befindlicher, dritter Ringraum 45 vollständig mit dem hydraulischen Medium gefüllt. Das ist möglich, weil der Ringraum 45 nach unten durch den Packer 40 und nach oben durch den Bodenflansch 4 und die auf diesem üblicherweise montierten Aggregate abgedichtet ist. Der Packer 40 wird in diesem Fall lediglich mit einer durchgehenden Rohrdurchführung versehen, durch die das hydraulische Medium beim Anheben des Pumpenkolbens 22 aus dem dritten Ringraum 45 in den unterhalb des Packers 40 verbleibenden Teil der Hydraulikleitung 11 in den zweiten Ringraum 19 einströmen kann. Die Rohrdurchführung kann allerdings wie die Leitungen 10,11 im Bereich des Packers 40 auch innerhalb des Rohrs 14, 41 angeordnet sein.

Damit sich das hydraulische Medium bei dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbei- spiel nicht mit der zu fördernden Flüssigkeit und von dieser mitgeführten Verunreinigungen wie z. B. Salzwasser od. dgl. vermischt wird und dadurch verschmutzt, wird der Ringraum 45 zunächst mit Hilfe der Schiebemuffe 44 gereinigt. Zu diesem Zweck wird das Innenrohr 44b mit Hilfe eines Drahtseils od. dgl. in einen das Loch 44c zum Ringraum 45 freigebenden Zustand gebracht. Danach wird der Ringraum 45 mit einem geeigneten, in diesen eingebrachten Medium wie z. B. Dieselöl gereinigt, bis alle Reste von Erdöl, einer Bohrspülung od. dgl. aus dem Ringraum 45 entfernt sind, wobei diese Medien sämtlich durch das Innenrohr 44b und die Steigleitung 7 abfließen können. Anschließend wird das Innenrohr 44b wieder im Außenrohr 44a abgesenkt, um das Loch 44c zu verschließen, und der Ringraum 45 mit dem hydraulischen Medium gefüllt. In ähnlicher Weise kann die Schiebemuffe 44 vor der Endmontage der Pumpenanordnung 6 dazu benutzt werden, die zunächst in das Bohrloch eingefüllte Bohrspülung zu entfernen.

Abgesehen davon ermöglicht das Loch 44c im geöffneten Zustand ein Leerlaufen der Rohrstücke 41 bei deren Ausbau, was z.B. zwecks Reparatur der Pumpenanordnung 6 erforderlich ist. Ohne Vorhandensein des Lochs 44c würden die über Tage ausgebauten Rohrstücke 41 u. U. noch teilweise mit der zur fördernden Flüssigkeit gefüllt sein, die bei Ablegen dieser Rohrstücke 41 auf dem Boden in das Erdreich eindringen könnte, was aus Umweltschutzgründen vermieden werden muß.

Der beschriebene Packer 40 bringt einen weiteren Vorteil mit sich, der insbesondere in Verbindung mit der Nutzung des dritten Ringraums 45 als Aufnahmebehälter für das hydraulische Medium wichtig ist. Es kann nicht ausgeschlossen werden, daß das äußere Schutzrohr 1 aufgrund von Korrosion od. dgl. ein Leck erhält. Dieses Leck kann sowohl zum Eindringen von unerwünschtem Salzwasser, Öl od. dgl. in den Ringraum 45 als auch zum Austritt des hydraulischen Mediums aus dem Ringraum 45 in die Umgebung führen. Obwohl ein derartiges Leck relativ schnell durch einen Druckabfall im Ringraum 45 bzw. durch ein Ausbleiben der Pumpfunktion bemerkt wird, ist es dennoch im allgemeinen schwierig oder sogar unmöglich, die genaue Lage des Lecks festzustellen, da sich der Ringraum 45 bis in eine Tiefe von z. B. 500 m bis 5000 m erstrecken kann. Der erfindungsgemäß angewendete Packer 40 erleichtert das Feststellen der genauen Lage eines Lecks erheblich. Es ist nur erforderlich, beim Auftreten eines Lecks den Packer 40 zu lösen, die gesamte Pumpenanordnung 6 zusammen mit dem Packer 40 um ein vorgewähltes Maß anzuheben, den Packer 40 dann wieder im Schutzrohr 1 abgedichtet zu befestigen und das hydraulische Medium erneut unter Druck zu setzen. Sobald festgestellt wird, daß kein Druckverlust mehr eintritt, ist sicher, daß der Packer 40 an einer oberhalb des Lecks befindlichen Stelle des Bohrlochs angeordnet ist. Durch mehrfaches Anheben und ggf. Absenken des Packers 40 kann das Leck auf diese Weise bis auf wenige Meter genau geortet und dann mit üblichen Mitteln geschlossen bzw. abgedichtet werden.

Das Auftreten eines Lecks unterhalb eines Packers 40 ist im allgemeinen unschädlich, da dieser Raum ohnehin in der Regel mit der zu fördernden Flüssigkeit, z. B. einem Erdöl/Salzwasser-Gemisch gefüllt und gegen den oberhalb des Packers 40 befindlichen Ringraum 45 abgedichtet ist.

Herkömmliche hydraulische Medien sind vergleichsweise kostspielig. Insbesondere bei der zuletzt beschriebenen Variante werden außerdem vergleichsweise große Mengen davon benötigt. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, als hydraulisches Medium eine Emulsion zu verwenden, die Wasser, ein Frostschutzmittel und ein Schmiermittel aufweist. Das Wasser dient dabei dem Antrieb des Pumpenkolbens 22. Das Frostschutzmittel verhindert, daß das Wasser während der Frostperioden gefriert. Das Schmiermittel dient schließlich dem Zweck, den Pumpenkolben 22, das Tragrohr 23 und die mit diesen in Berührung kommenden Teile zu schmieren, wodurch der Verschleiß dieser Teile weiter reduziert wird. Als vorteilhaft hat sich eine Emulsion erwiesen, die 5 bis 45 Vol. % Frostschutzmittel, 1 bis 20 Vol. % Schmiermittel und Rest Wasser enthält, wobei ein Mischungsverhältnis von 35 Vol. % Frostschutzmittel, 15 Vol. % Schmiermittel und 50 Vol. % Wasser besonders bevorzugt wird. Eine derartige Emulsion ist außerdem äußerst preisgünstig herstellbar und im Hinblick auf die Umwelt unbedenklich, so daß ein etwaiges Eindringen der Emulsion in das Erdreich unschädlich ist. Ein besonders bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung verzichtet schließlich auch auf die Druckschalter 33 und 36, da diese ebenfalls Verschleißteile darstellen und jeder Austausch von Verschleißteilen mit einer mehrtägigen Unterbrechung der Förderung verbunden sein kann. In diesem Fall wird die über Tage stehende Hydraulik- Steuerung 9 mit Drucksensoren versehen, die den Druck in den Hydraulikleitungen 10,

11 bzw. die Druckerhöhungen feststellen, die sich in den Ringräumen 17 bzw. 19 auf der jeweiligen Druckseite ergeben, wenn der Pumpenkolben 22 an den Anschlägen 32 bzw. 35 anliegt. Diese Druckerhöhung wird dann zur Umsteuerung der Steuerventile

12 (Fig. 1) genutzt und kann von einem über Tage gelegenen Ort aus ermittelt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Insbesondere die geometrische Ausgestaltung der Rohre und Ringräume ist weitgehend beliebig. Anstelle von koaxialen sind auch exzentrische Anordnungen und anstelle von kreisförmigen auch andere Rohrquerschnitte möglich. Weiter ist es möglich, die Leitungen 10, 11, 34 und 37 anders als dargestellt zu verlegen. Bei Bedarf können diese Leitungen insbesondere im Bereich des Packers 40 innerhalb des Rohrs 14 bzw. 41 angeordnet werden, wie in Fig. 2 bis 4 angedeutet ist, um sie dadurch beim Auf spreizen bzw. Zusammenziehen des Packers 40 vor Beschädigungen zu bewahren. Weiterhin ist im Bereich des Pumpenkolbens 22 eine umgekehrte Funktion der verschiedenen Teile insoweit möglich, als das Ventil 24 auch unterhalb des Tragrohrs 23 und des Ventils 25 angeordnet, fest mit dem dritten Rohr 18 verbunden und ggf. mit einem weiteren Ventil kombiniert werden könnte. Außerdem könnte das zweite oder dritte Rohr 18 statt des ersten Rohrs 14 über den oberen Flansch 15 hinaus verlängert und bis zum Packer 40 erstreckt sein, um bis dort hin als Steigleitung zu dienen. Schließlich versteht sich, daß die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.

Claims

Ansprüche

1. Pumpenanordnung zur Förderung einer Flüssigkeit aus einem Bohrloch, enthaltend: ein erstes Rohr (14), eine Pumpenkammer (23b), einen hin und her gehenden Pumpenkolben (22) zur Durchführung von Pumpzyklen, Ventile (24, 25) zur Zuführung einer Flüssigkeitsmenge aus dem Bohrloch in die Pumpenkammer (23b) bzw. zur Förderung dieser Flüssigkeitsmenge aus der Pumpenkammer (23b) in das erste Rohr (14) während der Pumpzyklen, und je eine dem Pumpenkolben (22) zugeordnete, erste und zweite Druckkammer zum Antrieb des Pumpenkolbens (22) mittels eines hydraulischen Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (14) mit Abstand von einem zweiten Rohr (16) umgeben ist und mit diesem einen ersten Ringraum (17) begrenzt, daß der Pumpenkolben (22) in dem ersten Ringraum (17) verschiebbar gelagert und mit einem ein unteres Ende des ersten Rohrs (14) überragenden Tragrohr (23) verbunden ist, und daß das Tragrohr (23) mit einem der Ventile (25) versehen ist und zumindest teilweise die Pumpkammer (23b) bildet.

2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohre (14, 16), der Pumpenkolben (22), die Ventile (24, 25) und das Tragrohr (23) eine vorgefertigte, als Ganzes in das Bohrloch einführbare Baueinheit bilden.

3. Pumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit an einem im Bohrloch festlegbaren Packer (40) befestigt ist.

4. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckkammern durch den ersten Ringraum (17) und einen zweiten Ringraum (19) gebildet sind, der zumindest teilweise vom zweiten Rohr (16) und einem dieses mit Abstand umgebenden, dritten Rohr (18) begrenzt wird.

5. Pumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Ringraum (17, 19) an axialen Enden durch je einen oberen unteren, die drei Rohre (14, 16, 18) miteinander verbindenden Flansch (15, 20) begrenzt sind, wobei der obere Flansch (15) zumindest teilweise vom ersten Rohr (14) und der untere Flansch (20) zumindest teilweise vom Tragrohr (23) durchragt ist.

6. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Druckkammern mittels einer den Packer (40) durchsetzenden Hydraulikleitung (11) an eine Hydrauliksteuerung (9) anschließbar ist.

7. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der drei Rohre (14, 16, 18) oder ein mit diesem verbundenes Verlängerungsrohr

(41) den Packer (40) durchsetzt und zum Anschluß an eine in das Bohrloch einzubringende Steigleitung (7) für die Flüssigkeit ausgebildet ist.

8. Pumpenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (14) oder das Rohr (41) an die Steigleitung (7) anschließbar ist.

9. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ventil (24) am ersten Rohr (14) angebracht ist.

10. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckkammern mittels je einer den oberen Flansch (15) und den Packer (40) durchsetzenden Hydraulikleitung (10, 11) an die Hydrauliksteuerung (9) anschließbar sind.

11. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Flansche (15, 20) mit wenigstens einem stegförmigen, in eine zugeordnete Druckkammer ragenden Anschlag (32, 35) versehen ist, der die Länge eines Bewegungshubs für den Pumpenkolben (22) begrenzt.

12. Pumpenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (32, 35) mit einem das Ende des Bewegungshubs des Pumpenkolbens (22) signalisie- renden Druckschalter (33, 36) versehen ist.

13. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie oberhalb des Packers (40) eine in das Bohrloch einzubringende, zur Förderung der Flüssigkeit bestimmte Steigleitung (7) aufweist, die mit einem eine Bohrlochwandung abstützenden Schutzrohr (1) einen dritten Ringraum (45) bildet.

14. Pumpenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Medium für eine der beiden Druckkammern durch den dritten Ringraum (45) bis zum Packer (40) transportiert wird.

15. Pumpenanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schiebemuffe (44) aufweist, die oberhalb des Packers (40) zwischen das erste Rohr (14) und das Rohr (41) oder zwei Rohre (41) eingesetzt ist und ein mit einem Loch (44c) versehenes Außenrohr (44a) sowie ein in diesem verschiebbares, zum wahlweise Öffnen oder Verschließen des Lochs (44c) bestimmtes Innenrohr (44b) aufweist.

16. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als hydraulisches Medium eine aus Wasser, einem Frostschutzmittel und einem

Schmiermittel gebildete Emulsion vorgesehen ist.

17. Pumpenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion 5 bis 45 Vol. % Frostschutzmittel, 1 bis 20 Vol. % Schmiermittel und als Rest Wasser enthält.

18. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigleitung (7) aus einem flexiblen Schlauch besteht.