DE3908193A1 - Vorrichtung zur fixierung und abdichtung einer moineaupumpe im steigrohr einer fluessigkeitsfoerdersonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung und Abdichtung einer Moineaupumpe im Steigrohr einer Flüssig­ keitsfördersonde gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekanntlich wird bei der Ölförderung nach Abklingen der eruptiven Förderphase von Ölsonden die Förderung mittels För­ derhilfsmittel aufrechterhalten. Neben Gestängekolbentiefpum­ pen und Tauchkreiselpumpen werden insbesondere in Ölfeldern mit niedriger Sondenförderleistung sogenannte Stripper-Well- Pumpen zunehmend eingesetzt.

In der Fig. 1 der beigefügten Zeichnung ist eine Strip­ per-Well-Pumpe 2, die eine Moineaupumpe mit Stator 4 und Ro­ tor 6 ist, schematisch dargestellt. Die Moineaupumpe 2 befin­ det sich in einem Steigrohr 8 einer verrohrten Bohrung mit Produktionsrohr 10, Ankerrohr 12 und Bohrlochzementation 14. Der Stator 4 der Moineaupumpe 2 wird am Steigrohr 8 angebaut. Der Rotor der Moineaupumpe wird am Pumpengestänge 16 in den Stator 4 eingelassen. Das Pumpgestänge 16 dient als Verbin­ dungswelle zur Übertragung der Drehbewegungen des Antriebsmo­ tors auf den Rotor. Durch die Rotation des wellenförmigen Ro­ tors in dem durch Elastomere in mehrere Kammern unterteilten Stator wird die eingeflossene Flüssigkeit aus den Kammern verdrängt und zutage gefördert.

Die Moineaupumpe zeichnet sich dadurch aus, daß sie un­ empfindlich gegenüber Feststoffgehalt im geförderten Medium ist. Außerdem wird die Förderleistung der Pumpe durch freies Gas nicht beeinflußt.

Obwohl Moineaupumpen unempfindlich und dadurch auch we­ niger reparaturanfällig sind, muß damit gerechnet werden, daß sie zwecks Erneuerung des Elastomers im Stator doch von Zeit zu Zeit gezogen werden müssen. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, muß bei der bisherigen Installation der Moineaupumpe für die Reparatur des Stators nicht nur das Pumpgestänge 16 mit dem Rotor 6, sondern auch das Steigrohr 8 mit dem Stator 4 ausgebaut werden, was einen erheblichen Aufwand bedeutet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, Mittel zur Installation einer Moineaupumpe im Steig­ rohr anzugeben, durch die Reparatur- und Wartungsarbeiten an der Pumpe einfacher ausführbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung gemäß Kennzei­ chen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung braucht bei notwendig werdendem Aus­ tausch oder notwendig werdender Reparatur der Moineaupumpe oder Teilen dieser Pumpe - beispielsweise bei nachlassender Förderleistung - nur noch das Pumpgestänge mit der kompletten Moineaupumpe incl. Stator und Rotor aus dem Steigrohr gezogen zu werden. Das Steigrohr selbst verbleibt in der Bohrung, wodurch die Dauer der Aufwältigungsarbeiten verkürzt und so­ mit der Produktionsausfall und der Kostenaufwand reduziert werden können.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche Installation einer Moineaupumpe in einer verrohrten Bohrung,

Fig. 2 eine Installation einer Moineaupumpe in einer verrohrten Bohrung gemäß vorliegender Erfindung,

Fig. 3 und 4 zwei unterschiedliche Installationen der Moineaupumpe in genauerer Darstellung,

Fig. 5 bis 8 erfindungsgemäße am Steigrohr vorge­ sehene Installationsmittel,

Fig. 9 bis 11 erfindungsgemäße, an der Moineaupumpe vorgesehene Installationsmittel und

Fig. 12 bis 14 verschiedene Ausführungsformen von Kopplungsteilen zwischen Stator und Rotor der Moineaupumpe.

In der Fig. 2 der beigefügten Zeichnung ist die Instal­ lation einer Moineaupumpe 20 gemäß vorliegender Erfindung schematisch dargestellt. Diese Installation wird durch die nachstehend näher beschriebenen Installationsmittel ermög­ licht, wobei gleichzeitig auf die weiteren Figuren der Zeich­ nung Bezug genommen wird.

Die Moineaupumpe 20 wird in dem Steigrohr 22 mit Hilfe eines Pumpenhaltesitzes 24 eingebaut. Dieser Pumpenhaltesitz 24 muß in der Lage sein, den Stator 26 der Moineaupumpe gegen Drehung zu sichern und die Moineaupumpe 20 im Steigrohrstrang hydraulisch getrennt sind.

Der Steigrohrstrang 22 der Ölförderbohrung, der mit der Moineaupumpe 20 ausgerüstet werden soll, wird unterhalb des Pumpenhaltesitzes 24 durch einen Steigrohranker oder durch einen Zugspannungsanker 28 im Produktionsrohr 29 der Bohrung verankert und in Spannung gezogen. Hierdurch wird sicherge­ stellt, daß der Pumpenhaltesitz auch für den Fall, daß das gesamte Drehmoment des Rotors 30 auf den Stator 26, bei­ spielsweise durch Feststoffverstopfung der Moineaupumpe über­ tragen wird, nicht abgeschraubt wird.

Eine andere Sicherung gegen Abschrauben ohne Packersi­ cherung des Steigrohrstranges kann durch ein Linksgewinde am oberen Ende des Pumpenhaltesitzes erreicht werden.

Nachdem der Steigrohrstrang 22 mit dem Zugspannungspac­ ker 28 und dem Pumpenhaltesitz 24 eingebaut und abgesetzt ist, wird die Moineaupumpe 20 komplett mit dem Pumpgestänge 32 in den Steigrohrstrang eingebaut.

Um die Drehung der Pumpe 20 im Pumpenhaltesitz 24 zu un­ terbinden und die Abdichtung der Pumpe im Steigrohrstrang zu gewährleisten, wird vor dem Einbau der Moineaupumpe in den Steigrohrstrang auf das untere Ende des Stators 26 ein Man­ drel 34 aufgeschraubt, der so konstruiert ist, daß er im Pumpenhaltesitz 24 die beiden oben genannten Aufgaben, näm­ lich Abdichtung und Drehverhinderung, übernimmt. Falls ge­ wünscht, kann im Mandrel 34 ein Fußventil 36 für die Moineau­ pumpe vorgesehen werden.

Die mit dem Mandrel 34 versehene Moineaupumpe 20 wird am Pumpgestänge 32 in das Steigrohr 22 bis zum Pumpenhaltesitz 24 herabgelassen.

Wie bereits erwähnt, soll der Pumpenhaltesitz 24 den Stator 26 der Moineaupumpe 20 gegen Drehung im Steigrohr­ strang 22 sichern. Hierzu besteht der Pumpenhaltesitz 24 aus einem mit wenigstens zwei Innenrippen 38 versehenen Rohrstück 40, das an einem Ende ein Muffengewinde 41 und am anderen Ende ein Zapfengewinde 43 aufweist, vgl. Fig. 3 bis 6.

Für die Abdichtung der Moineaupumpe 20 ist eine Abdicht­ hülse 42 vorgesehen, die beidendig Zapfengewinde 45, 47 auf­ weist und unmittelbar auf den Pumpenhaltesitz 24 geschraubt wird, vgl. Fig. 3, 4, 7 und 8. Die Abdichthülse 42 ist ein Rohrstück, dessen Innendurchmesser etwas kleiner ist als der des Steigrohrstranges 22. Die Abdichthülse 42 wird mit dem oberen Zapfengewinde 45 in eine Verbindungsmuffe 49 eines Steigrohres des Steigrohrstranges 22 aingeschraubt, während das Zapfengewinde 43 des Pumpenhaltesitzes 24 in eine Verbin­ dungsmuffe 51 des nächsten Steigrohres eingeschraubt wird. Die Innenfläche der Abdichthülse 42 ist gehohnt, um eine Ab­ dichtung mittels Lippendichtungen (Abdichtmanschette) errei­ chen zu können. Die Länge der Abdichthülse 42 ist vom Durch­ messer und von der Einbauteufe abhängig.

In den Pumpenhaltesitz 24 wird zur erwähnten Drehsicher­ rung der etwa dazu komplementär ausgebildete und auf der Pumpe 20 aufgeschraubte Mandrel 34 eingesetzt, vgl. Fig. 3, 4, 9, 10 und 11. Dieser Mandrel 34 weist hierzu ein rohrför­ miges Fixierungsstück 44 auf, das beidendig Zapfengewinde 53, 55 oder beidseitig Innengewinde 57 aufweist und den unteren Teil des Mandrels 34 bildet und wenigstens eine Außenrippe 46 aufweist, die in der Einbaulage in die Ausnehmungen zwischen den Innenrippen 28 des Pumpenhaltesitzes 24 eingreift. Außerdem weist der Mandral 34 einen mit einem Muffengewinde 59 und einem Zapfengewinde 61 versehenen Abdichtmandrel 48 auf, vgl. Fig. 3, 4 und 11.

Das rohrförmige Fixierungsstück 44 mit den Außenrippen 46 wird in den Pumpenhaltesitz 24 gefahren, derart, daß eine Verzahnung der Innenrippen 28 des Pumpenhaltesitzes 24 und der Außenrippen 46 des Mandrels 34 stattfindet, wodurch eine Fixierung des Stators 26 gegen Drehung im Steigrohrstrang 22 erreicht wird.

Die Länge des Fixierstückes 44 des Mandrels 34 und die Länge des gehohnten Teiles der Abdichthülse 42 des Pumpenhal­ tesitzes 24 werden in Abhängigkeit von der Größe des Steig­ rohres 22 und des Pumpgestänges 32 so gewählt, daß die Deh­ nung des Pumpgestänges - verursacht durch die Last der Flüssigkeitssäule - im Pumpenhaltesitz kompensiert wird.

Der Außendurchmesser des Fixierungsstückes ist von der Größe des eingebauten Steigrohres und von den Abmessungen des in das Steigrohr eingebauten Pumpenhaltesitzes abhängig. Die Länge des Fixierungsstückes ist außerdem von der Länge der in der Bohrung befindlichen Abdichthülse 42 abhängig.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß die Innen­ rippen 28 des Pumpenhaltesitzes 24 einen zu tiefen Einbau der Moineaupumpe 20 verhindern.

Auf das Fixierungsstück 44 wird der Abdichtungsmandrel 48 (Fig. 9), der eine Schulter 50 und Abdichtungsmanschetten 52 aufweist, als zweiter Teil des Fixierungsmandrels 34 auf­ geschraubt. Die Schulter 50 ist vom Außendurchmesser her so bemessen, daß sie auf den Innenrippen 28 des Pumpenhaltesit­ zes 24 aufsitzt. Durch das Aufsitzen wird das Erreichen des Pumpenhaltesitzes durch die Moineaupumpe angezeigt. Dadurch, daß sich die Abdichtungsmanschetten 52 des Abdichtungsman­ drels 48 unmittelbar oberhalb der Schulter 50 befinden und dadurch, daß sich die Abdichthülse 42 im Steigrohr unmittel­ bar oberhalb des Pumpenhaltesitzes 24 befindet, wird sicher­ gestellt, daß sich der Abdichtungsmandrel 48 nach dem Aufsit­ zen der Schulter 50 auf den Innenrippen des Pumpenhaltesitzes innerhalb der Abdichthülse 42 befindet und daß der Ringspalt zwischen Abdichtungsmandrel und Abdichthülse durch die Ab­ dichtungsmanschetten 52 abgedichtet ist. Die Abmessungen der Abdichtungsmanschetten sind auf die Abmessungen der in das Steigrohr eingebauten Abdichthülse abgestimmt.

Um die Moineaupumpe 20 im Steigrohr 3 installieren zu können, ist ferner ein Kopplungsteil 56 für den Stator 26 und den Rotor 30 der Moineaupumpe 20 vorgesehen. Durch dieses Kopplungsteil 56 werden der Stator und der Rotor zusammenge­ halten, die dadurch gemeinsam am Pumpgestänge 32 in den Steigrohrstrang der Bohrung eingesetzt und aus dem Steigrohr­ strang ausgebaut werden können. Dieses Kopplungsstück zwi­ schen Stator und Rotor ist so ausgebildet, daß die Drehbewe­ gung des Pumpgestänges oder einer anders gestalteten Welle beim stehenden Stator auf den Rotor übertragen wird.

Das Kopplungsstück kann auf das obere Ende der Moineau­ pumpe (vgl. Fig. 3) oder auf das untere Ende der Moineaupumpe (vgl. Fig. 4) aufgeschraubt werden. Welche von beiden Ein­ baumöglichkeiten gewählt wird, ist von den Einsatzbedingungen der Moineaupumpe 20 abhängig.

In den Fig. 12, 13 und 14 sind verschiedene Ausführungs­ formen von Kopplungsteilen dargestellt, wobei gleiche Bezugs­ zeichen gleiche oder vergleichbare Bauteile darstellen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 besteht das Kopp­ lungsteil 56 aus einem Trägerkörper 58 mit beidseitigen Zap­ fengewinden 60, 62, einer rotierenden Rohrwelle 64, Zug-und Druckbelastung aufnehmenden Kugellagern 66, 68, Spannmuttern 70, 72 für die Kugellager, einer Verbindungsmuffe 74 zwischen rotierender Rohrwelle 64 und dem Pumpgestänge (nicht darge­ stellt), wobei die Verbindungsmuffe 74 mit oder ohne Aus­ trittsschlitzen 76 versehen sein kann, einer unteren Verbin­ dungsmuffe 78 zur Verbindung der rotierenden Rohrwelle 64 mit der Welle des Rotors der Moineaupumpe (nicht dargestellt), einer Verbindungshülse 80 zur Verbindung des Trägerkörpers 58 mit dem Stator (nicht dargestellt) der Moineaupumpe und einer oberen Hülse 82, die auf den Trägerkörper 58 aufgeschraubt ist und vorgesehen wird beim Einbau des Kopplungsteiles 56 am Kopf der Moineaupumpe.

Die Ausführungsform des Kopplungsteiles 56 nach Fig. 12 eignet sich sowohl für den Einbau am Kopf als auch für den Einbau am Fuß der Moineaupumpe.

Die Ausführungsform nach Fig. 13 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 12 dadurch, daß die Verbin­ dungsmuffen 74 und 78 bei der Ausführungsform nach Fig. 12 einstückig mit der Rohrwelle 64 ausgebildet sind. Ferner sind auch beim Kopplungsteil 56 nach Fig. 13 der Trägerkörper 58 und die Verbindungshülse 80 einstückig ausgebildet. Außerdem fehlen bei dem Kopplungsteil 56 nach Fig. 13 separate Spann­ muttern für die Kugellager. Die Funktion der Spannmutter für das untere Kugellager 68 übernimmt der obere Teil des Träger­ körpers 58 mit dem Zapfengewinde 60, auf das die Hülse 82 wie bei der Ausführungsform nach Fig. 12 aufgeschraubt ist, die mit einem einwärts gerichteten Ringflansch 84 die Funktion der Spannmutter für das obere Kugellager 66 übernimmt.

Die Fig. 14 zeigt eine weitere Variante des Kopplungs­ teiles 56. Bei dieser Ausführungsform bilden die Rohrwelle 64 und die untere Verbindungsmuffe 76 der Ausführungsform nach Fig. 12 ein einstückiges Teil, während für die Verbindung der Rohrwelle mit dem Pumpgestänge eine separate Verbindungsmuffe 74 vorgesehen ist. Der Trägerkörper 58 und die Verbindungs­ hülse 80 der Ausführungsform nach Fig. 12 sind bei dieser Ausführungsform nach Fig. 14 wie auch bei der Ausführungsform nach Fig. 13 einstückig ausgebildet. Für das untere Kugella­ ger 68 ist eine separate Spannmutter 72 vorgesehen, während für das obere Kugellager 66 die Verbindungsmuffe 74 als Spannmutter dient. Die Verbindungsmuffe 74 entspricht im Muf­ fenbereich mit ihren Abmessungen etwa den Abmessungen des Tragkörpers 58, und das obere Kugellager 56 befindet sich un­ mittelbar zwischen den aufeinandergerichteten Stirnflächen von Verbindungsmuffe 74 und Trägerkörper 58.

Wenn man, wie oben erwähnt, das Kopplungsteil 56 nach Fig. 12 am unteren Ende der Moineaupumpe vorsieht, wird die obere Hülse 82 durch eine zweite Verbindungshülse 80 ersetzt, die auf das obere Zapfengewinde des Trägerkörpers aufge­ schraubt wird. Die obere Verbindungshülse wird dann auf das untere Ende des Moineaupumpenstators 26 aufgeschraubt. Die untere Verbindungshülse 80 verbindet in diesem Falle den Trä­ gerkörper 58 mit dem Abdichtungsmandrel 48 des Moineaupumpen­ mandrels 34. Die Kopplungsteile nach den Fig. 13 und 14 sind zur Verbindung mit dem Kopf der Moineaupumpe ausgebildet. Dies trifft auch zu für die in der Fig. 12 dargestellte spe­ zielle Ausführungsform des Kopplungsteiles. Die dargestellten Kopplungsteile erlauben eine Förderung des Lagerstättenfluids durch eine hohle Welle (z. B. Steigrohrstrang), die besonders in sogenannten Slim-Hohl-Bohrungen angewendet werden kann.

Über die Länge des Steigrohrstranges können aufeinander­ folgend mehrere beabstandete wie oben installierte Moineau­ pumpen vorgesehen werden, wodurch eine mehrstufige Pumpenan­ ordnung geschaffen wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Fixierung und Abdichtung einer einen Sta­ tor und einen Rotor aufweisenden Moineaupumpe oder mehrerer solcher Pumpen mit Pumpgestänge im Steigrohrstrang einer Flüssigkeitsfördersonde, gekennzeichnet durch

• - einen zwischen zwei Steigrohren eines Steigrohrstranges (22) angeordneten und mit den Steigrohren verbindbaren Pum­ penhaltesitz (24),
• - einen mit in den Pumpenhaltesitz (24) einsetzbaren und mit diesem gegen Drehung formschlüssig verbindbaren Mandrel (34), der mit dem Stator (26) der Moineaupumpe (20) verbindbar und gegenüber dem Pumpenhaltesitz abgedichtet ist zur hydrauli­ schen Trennung von Saug- und Förderseite der Moineaupumpe,
• - und ein Stator (26) und Motor (30) der Moineaupumpe (20) drehbar verbindendes Kupplungsteil (56), das mit dem Pumpen­ gestänge (32) verbindbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenhaltesitz (24) aus einem Endgewinde (41, 43) auf­ weisenden Rohrstück (40) besteht, das mit wenigstens zwei In­ nenrippen (28) versehen ist und das mit dem einen Ende mit einer Steigrohr-Verbindungsmuffe (51) und mit dem anderen Ende mit einer Abdichthülse (42) verschraubbar ist, die wie­ derum mit einer Verbindungsmuffe (49) des benachbarten Steig­ rohres verschraubbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mandrel (34) aus einem rohrförmigen Fixierungsstück (44) und einem mit dem Fixierungsstück verbindbaren Abdichtungs­ mandrel (48) besteht, wobei das Fixierungsstück mit wenig­ stens einer Außenrippe (46) zum Eingreifen zwischen die In­ nenrippen (28) des Pumpenhaltesitzes (24) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdichtungsmandrel (48) eine Ringschulter (50) zum Auf­ setzen auf den Pumpenhaltesitz (24) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abdichtungsmandrel (48) eine Manschettendichtung (52) aufweist, die dicht an der Abdichtungshülse (42) anliegt und zur Trennung von Saug- und Förderseite der Moineaupumpe (20) den Ringspalt zwischen Abdichtungsmandrel (48) und Ab­ dichtungshülse (42) verschließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsteil (56) einen mit dem Stator (26) der Moineau­ pumpe (20) verbindbaren, rohrförmigen Trägerkörper (58) auf­ weist, der drehbar mit einer mit dem Rotor (30) der Moineau­ pumpe (20) und dem Pumpengestänge (32) verbindbaren Rohrwelle (64) verbindbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Trägerkörpers (58) mit dem Stator (26) über eine Verbindungshülse (80) erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der drehbaren Rohrwelle (64) mit dem Rotor (30) und/oder mit dem Pumpengestänge (32) über Verbindungs­ muffen (74, 76) erfolgt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kopplungsteil (56) mit Hilfe der auf den Trägerkörper (58) aufschraubbaren Verbindungs­ hülse (80) auf das obere oder untere Ende des Stators (26) der Moineaupumpe (20) aufschraubbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im Rohrmantel der Rohrwelle (64) Schlitze ausgebildet sind.