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Elevator für Pumpengestänge Ein gebräuchlicher Elevator dieser Art
enthält einen Kopf mit einer Kerbe für die Pumpenstange, die die Befestigung des
Kopfes an der Stange von der Seite her ermöglicht und im allgemeinen mit Rastklinken
versehen ist, die die Pumpenstange in der Kerbe festhalten. Dieser Kopf ist drehbar
mit einem Bügel verbunden, der von einem Haken getragen und abwechselnd auf- und
abbewegt werden kann, um das Pumpengestänge zu heben oder zu senken.
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Ein. Problem beim Gebrauch von Pumpengestängehebern liegt im Knicken
oder Biegen der Stange aus verschiedenen Ursachen. Da es erwünscht ist, daß der
Kopf drehbar mit dem Bügel verbunden ist, um die waagerechte Auflagerung des Kopfes
und des Bügels auf einen Gestellboden zu ermöglichen, wenn der Elevator nicht in
Gebrauch ist, daß der Kopf in umgekehrter Lage gebraucht werden kann, wird der Kopf
gebräuchlicher Elevatoren für Pumpengestänge auf einer waagerechten Achse, die im
wesentlichen mitten zwischen den flachen Ober- und Unterseiten des Kopfes liegt,
gelagert. Darüber hinaus wird bei bekannten Elevatoren das Ende der Pumpenstange
auf einer im wesentlichen ringsherum verlaufenden Fläche des Kopfes oder der Rasteinrichtung
gelagert, um eine gezwungene Führung der Stange zu erzielen, und in einigen Fällen
ist eine Vollkreis- oder vollständig umlaufende Unterstützung für das Stangenende
vorgesehen. Wenn der Kopf versucht, um seine drehbare Verbindung mit dem Bügel zu
kippen, wird das Ende der Pumpenstange nur an einem einzigen Berührungspunkt auf
nur einer Seite der Stange unterstützt.
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Es wurden allgemein Anstrengungen unternommen, das Knicken der Pumpenstange
zu vermeiden, indem die Achse des Sitzes für das Stangenende zwischen die Drehachse
des Kopfes um seine drehbare Verbindung mit dem Bügel gelegt wurde, so daß das Gewicht
eines Stranges von Pumpenstangen, die auf dem Kopf abgehängt worden waren, mit der
Drehachse des Kopfes und dem Unterstützungspunkt des Bügels durch den Haken in einer
Ebene lag. Da jedoch die Konstruktion in sich instabil ist, weil die Pumpenstange
über der Achse der drehbaren Verbindung des Kopfes mit dem Bügel angebracht ist,
bleibt das Bestreben, die Stangen zu knicken, unverändert erhalten.
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Bei einem anderen Gestängeelevator wird der Sitz der Pumpenstange
auf die eine Seite der drehbaren Verbindung des Kopfes mit dem Bügel gelegt, so
daß der Kopf sich um die drehbare Verbindung drehen will. Verriegelungsteile beendigen
eine solche Drehbewegung in einer Lage, wo die obere Oberfläche des Kopfes senkrecht
auf der Ebene steht, in der der Bügel liegt. Da in dieser Konstruktion ein sogenannter
Vollkreis-Sitz für das Pumpenstangenende vorgesehen ist, wird die Pumpenstange auf
nur einer Seite unterstützt, d. h., daß ein Gestängeelevator dieser Konstruktion
danach streben würde, die Stangen zu verbiegen, wenn schwere lange Stränge miteinander
verbundener Pumpenstangen daran aufgehängt werden.
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Bei einem weiteren bekannten Elevator ist der Kopf ebenfalls drehbar
mit Zapfen in einem Bügel gelagert, wobei die durch die Zapfen gehende Achse die
durch den Sitz gehende Achse rechtwinklig kreuzt, so daß ein beabsichtigtes Kippen
des Kopfes beim Anheben des Pumpengestänges nicht auftreten kann. Der in diesem
bekannten Kopf angeordnete Sitz für den Wulst des Pumpengestänges besteht aus einem
in eine Ringnut federnd eingesetzten geschützten Ring, der im Querschnitt rund ausgebildet
ist. Bei einem derart ausgebildeten Kopf muß die Achse des Bohrgestänges mit der
Achse des Kopfes fluchten, wenn das Bohrgestänge nicht auf Biegung beansprucht werden
soll. Schon eine geringfügige Winkelabweichung zwischen den Achsen der beiden Teile
verursacht eine Biegung des Gestänges.
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Dabei soll der Elevator so beschaffen sein, daß er die normale geeignete
Konstruktion eines drehbar in einem Bügel unterstützten Kopfes benutzt, so daß
die
Anordnung flach auf einem Gestellboden liegen oder der Bügel aufrecht stehen kann,
während der Kopf flach auf dem Gestellboden liegt und der Kopf umgedreht werden
kann, um zwei unabhängige Sitze für die Pumpenstangen zu bieten und so die Lebensdauer
des Kopfes zu verdoppeln.- -Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Elevator für
:ein Pumpengestänge herzustellen, der so konstruiert ist, daß er Pumpenstangen nicht
knickt oder versucht zu knicken, unabhängig davon, wie lang und schwer der Pumpenstangensträng
sein mag.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß der Sitz zwei diametral
in Richtung der Schwenkzapfen liegende, voneinander getrennte Kugelgelenkflächen
aufweist, welche die Wulst der Pumpenstange auf einem begrenzten Umfangsbereich
umgreifen, und daß die durch die Zapfen gehende Achse von der Sitzachse versetzt
ist, wobei. die-mit dem-Bügel zusammenwirkenden Anschläge so angeordnet sind, daß
der Kopf beim Anheben um einen vorbestimmten Winkel gekippt wird, bei dem das Pumpengestänge
ohne weitere Berührung mit dem Kopf nur in den Sitzflächen ausgehängt ist, wobei
nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der £rfindung die Sitzflächen
einteilig mit dem Kopf ausgebildet und der Form des Wulstes der Pumpenstange angepaßt
sind und wobei nach einer anderen zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung die Sitzflächen
auf der dem Schlitz gegenüberliegenden Seite durch eine Ausnehmung voneinander getrennt
sind.
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Durch die diametral einander gegenüberliegenden Sitzflächen, die zu
den Drehzapfen hingerichtet sind, kann es unter keinen Umständen zu einer Abstützung
an nur einem Punkt kommen. Durch die Versetzung der Drehzapfenachse gegenüber der
Sitzachse wird- beim- Anheben erreicht, daß der Kopf um einen vorbestimmten Winkelbetrag
gekippt wird, wobei er sich so einstellt, daß die beiden gegenüberliegenden Sitzflächen
zum Tragen kommen. In dieser Stellung hat der Kopf keinerlei Berührung mit dem Pumpengestänge,
so daß auch keine Biegung auftreten kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden
Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten-Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den Ansprüchen. Es zeigt Fig.1 eine Seitenansicht eines Pumpengestängeelevators
mit dem oberen Ende eines von ihm getragenen Pumpengestänges, Fig. 2 eine Draufsicht,
teilweise im Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Teilansicht eines
senkrechten Schnittes nach der Linie 3-3 der Fig. 2, wobei das Pumpenstangenende
in der Aufsicht gezeigt ist, Fig. 4 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 4-4
der Fig. 3, in der das Pumpenstangenende in Aufsicht gezeigt ist und Fig. 5 eine
vergrößerte Teilansicht des Pumpenstangensitzes.
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Der Pumpengestängeelevator enthält einen allgemein U-förmigen Kopf
1, der einen Zugangsschlitz oder eine Öffnung 2 hat. Diese führt auf einer Seite
des Kopfes von einer sich nach außen erweiternden Mündung 3 nach innen zu einem
Pumpenstangensitz, der allgemein mit 4 bezeichnet ist. Der Kopf ist im wesentlichen
symmetrisch zu einer Mittelebene und deshalb hat sowohl der obere wie der untere
Teil des Kopfes gleiche Sitze 4. Von entgegengesetzten Seiten des Kopfes 1 ragen
senkrecht zu dem Schlitz 2 Schwenkzapfen 5 hervor, deren Achsen senkrecht zu der
Mündung 3 von der Achse des Sitzes 4 abstehen, wie es am besten aus der Fig: Z ersichtlich
ist. Drehbar mit dem Drehzapfen 5 ist ein U-förmiger Bügel 6 verbunden, der einander
gegenüberliegende Enden 7 besitzt. Diese sind durchbohrt, um die Drehzapfen aufzunehmen,
auf denen sie durch einen Sprengring 8, der in einer umlaufenden Nut 9 in dem Schwenkzapfen
5 sitzt, gehalten werden. Die Bügelenden 7 haben Ansätze 10 mit einer Ausdrehung
11, innerhalb deren die Schwenkzapfenenden und in denen die Sprengringe 8 eingelassen
sind und vor Zerstörungen geschützt werden.
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An gegenüberliegenden Seiten weist der Kopf 1 obere und untere seitliche
Fortsätze 12 als Haltemittel auf, die auf die Anschläge 13 an den Bügelenden 7 aufliegen
können, wodurch der Winkel zwischen dem Kopf 1 -und dem Bügel 6 bestimmt ist, wenn
der Elevator an dem Bügel hängt; weil die Achsen der Schwenkzapfen 5 aus der Mitte
des Kopfes 1 herausragen. Auch wenn der Kopf 1 flach auf dem Boden eines Gestelles
liegt, kann der Bügel aufrecht stehen bleiben, wobei die Anschläge 13 mit den Haltefortsätzen
12 zusammenwirken, oder der Bügel kann von den Hältefortsätzen 12 weggedreht werdest
und ebenso flach auf dem Gestellboden aufliegen.
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Pumpenstangen sind -im allgemeinen mit Enden versehen, die am besten
in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind. Das obere Ende einer Pumpenstange, das mit
14 bezeichnet ist, ist mit einem Wulst oder einer Anstauchung 15 versehen, der in
einen Pumpengestängeelevator eingreifen kann. Oberhalb des Wulstes befindet sich
ein Vierkantabschnitt 16, an den eine Schelle festgeklemmt werden kann, um entweder
die Pumpenstange zu drehen oder festzuhalten. Am Ende des Vierkantabschnittes hat
die Pumpenstange ein mit. einem Gewindeversehenes Endstück 17, das von einer
Kupplung 18 aufgenommen werden kann, wodurch eine Reihe von Pumpenstangen zu einem
sogenannten Strang miteinander verbunden werden können, indem eine Kupplung 18 zwischen
benachbarte Gewindeendstücke 17 benachbarter Stangen geschraubt wird. Wenn im Gebrauch
ein Pumpengestängeelevator aus einer Ölbohrung einen langen Strang Pumpenstangen
hebt, rnuß durch den Wulst 15 das gesamte Gewicht des Pumpenstangenstranges getragen
werden. Da die Berührungsebene des Wulstes 15 mit dem Pumpenstangenelevator bei
gebräuchlichen Elevatoren über der Drehachse des Elevatorkopfes liegt, ist der Elevator
nicht in sich stabil und der Kopf wird folglich danach streben, sich um seine drehbare
Verbindung mit dem Bügel zu drehen. Unter solchen Umständen, und wenn der Wulst
oder die Anstauchung sich nicht allseitig in seinem Sitz bewegen kann, muß das Knicken
einer Pumpenstange, die von dem Elevator getragen wird, ganz allgemein auftreten.
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Gemäß der Erfindung haben die Sitze 4 eine neue Form, wodurch der
Elevator nicht die Neigung hat, die Pumpenstangen zu knicken. Wie es am besten aus
der Fig. S zu ersehen ist, enthält der Sitz 4 im wesentlichen einen allseitigen
Sitz und bildet ein Kugelgelenk für den Pumpenstangenwulst 15. Im besonderen besteht
der Sitz 4 des Elevators aus zwei diametral gegenüberliegenden, kreisförmigen Sitzflächen
20,
die unter einem Winkel von einer ringsherumlaufenden Fläche 20' hereinragen. Erstere
wirken mit dem Pumpenstangenwulst an diametral gegenüberliegenden Seiten in solcher
Weise zusammen, daß sie dem herabhängenden Pumpenstangenstrang ein freies Pendeln
um den Wulst 15 auf der vom Elevator getragenen Pumpenstange ermöglichen. Damit
eine solche Pendelbewegung des Pumpenstranges relativ zum Elevatorkopf durch nichts
gehindert wird, wird der Sitz zurückgezogen, wie es bei 21 zu sehen ist, und wie
es am besten aus der Fig. 3 ersichtlich ist, wird die Pumpenstange auf den Sitz
4 im Elevator frei aufgehängt und ist mit keinem Teil des Elevatorkopfes unterhalb
des Sitzes 4 in Berührung.
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Demgemäß wird die Pumpenstange in genau senkrechter Lage gehalten,
während der Bügel 6, der an seinem oberen Ende in einem Punkt in der Achse
der Pumpenstange unterstützt ist, einen kleinen Winkel mit der Achse der Pumpenstange
einschließt und der Kopf 1 wird auch in einem Winkel zur Horizontalen, der durch
das Ausmaß der Drehbewegung des Kopfes relativ zum Bügel bestimmt wird, festgehalten.
Dieser Winkel hängt von den Anschlägen 13 auf dem Bügelende 7 und den Haltefortsätzen
12 auf dem Kopf ab. Diese durch die Belastung verursachte Winkelbeziehung zwischen
dem Bügel und dem Elevatorkopf zu der Pumpenstange und dem Auflagepunkt ist am besten
in der Fig. 1 dargestellt.
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Um eine Pumpenstange in einen Elevatorkopf 1 einzuklinken, wird eine
geeignete Rasteinrichtung benutzt, die zwei Rastklinken 23 enthält. Diese verlaufen
gegeneinander, um den Schlitz 2, der zu dem Sitz 4 des Kopfes führt, zu verriegeln
und so die Entfernung der Pumpenstange 14 daraus zu verhindern. Die Einzelheiten
einer solchen Rasteinrichtung sind bekannt und brauchen nicht im einzelnen beschrieben
zu werden.
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Die Rasteinrichtung enthält arbeitende Hebel 24, die in querverlaufenden
Kerben 24' in dem Elevatorkopf 1 untergebracht sind. Diese Hebel tragen die Klinken
23 und werden durch Torsionsfedern 25, die um die Drehachsen 26 der Hebel 24 befestigt
sind, so gedrückt, daß die Klinken 23 in den Schlitz 2 hineinragen. Zwei weitere
arbeitende Hebel 27 ragen aus dem hinteren Ende des Kopfes hervor und sind
mit den Hebeln 24 derart verbunden, daß die Klinken 23 aus dem Schlitz 2 gezogen
werden, wenn die Hebel 27 gegeneinander bewegt werden.
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Aus der Beschreibung geht hervor, daß ein Elevator für Pumpengestänge
vorgesehen ist, der die Vorteile allgemein benutzter Elevatoren enthält, nämlich
Umkehrbarkeit des Kopfes und die Möglichkeit, den Elevator mit dem Bügel flach auf
ein Bodengesteh zu legen oder den Bügel aufrecht stehen und auf den Haltefortsätzen
12 ruhen zu lassen. Jedoch infolge des vorgesehenen Drehmomentes, wodurch der Kopf
sich um die Achse der Schwenkzapfen 5, wenn ein Strang von Pumpenstangen in dem
Elevator befestigt worden ist, drehen wird, bis die Haltefortsätze 12 sich auf die
Anschläge 13 auflegen, im Zusammenhang mit einem allseitigen Sitz für den Wulst
auf der Pumpenstange wird die Pumpenstange an diametral gegenüberliegenden Seiten
des Wulstes und in einer Ebene mit der Achse senkrecht durch den Auflagepunkt unterstützt,
so daß der Elevator kein Bestreben hat, die von ihm getragene Stange zu knicken.