DE4307327A1 - Bohrlochförderpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrlochförderpumpe, bestehend aus einem Tauchkolben, mehreren Ventilen und einem Zylinder, in dem sich Buchsen befinden, die an ihren Enden mit Hilfe gesonderter Elemente mit einem Gehäuse verschraubt sind. Sie ist für den Einsatz in der Erdölindustrie zum Auspumpen von Flüssigkeiten aus Bohrlöchern mit Stangenförderan­ lagen verwendet.

Im Stand der Technik sind beispielsweise in Bohr­ lochstangenpumpen für die Erdölgewinnung, Katalog ZINTICHIMNEFTEMASCH, M. 1988 und Betriebsanleitung für Bohrlochstangenpumpen, Baku, Institut AzNIPI- neft, 1979 Bohrlochförderpumpen beschrieben, die einen zusammengesetzten Buchsenzylinder, einen Tauchkolben und mehrere Ventile besitzen. Bei die­ ser Pumpenanordnung befinden sich die Buchsen in einem rohrartigen Gehäuse und werden, nachdem sie zu einen Zylinder zentriert wurden, von an den En­ den des Gehäuses aufgeschraubten Elementen axial verspannt. Um einen festen Sitz der Buchsen zu ge­ währleisten, der eine Verschiebung der Buchsen so­ wie das Verklemmen des Tauchkolbens verhindert, wird die Kraft, mit der die Buchsen zusammengezogen werden, mit einem Drehmomentenschlüssel auf einen definierten Wert gebracht.

Bei dieser Pumpe ist nachteilig, daß die Tauchkolben-Zylinder-Paarung ein erhöhtes Durchsic­ kern der zu fördernden Flüssigkeit bedingt. Dies wird dadurch hervorgerufen, daß die Flüssigkeit in einem durchgehenden Ringspalt zwischen den Tauch­ kolben und den fluchtend angeordneten Buchsen durchsickert. Dabei ist eine gewisse Größe dieses Spaltes unvermeidlich, weil eine exakte Zentrierung der Buchsen vor dem zusammenschrauben nicht möglich ist. Außerdem ist eine gewisse Größe für den Spalt erforderlich um die Beweglichkeit des Tauchkolbens zu gewährleisten und damit das Verklemmen des Kol­ bens zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrlochförderpumpe anzugeben, die eine Tauchkolben-Zylinder-Paarung aufweist, bei der das Durchsickern der Flüssigkeit stark reduziert wird.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe da­ durch, daß die Buchsen zur Gewährleistung eines zu­ lässigen Spaltes in der Tauchkolben- Zylinder-Paa­ rung in radialer Richtung relativ zueinander beweg­ lich sind, wobei die Verschiebung vorzugsweise so angeordnet ist, daß der Winkel, den die Verschiebe­ richtungen zweier benachbarter Buchsen bilden, im Bereich von 170-190° liegt.

Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung sieht vor, daß die Buchsen stirn­ seitig geschliffen sind jeweils benachbarte Buchsen in entgegengesetzter Richtung versetzt angeordnet sind.

Ferner ist es möglich, daß an den äußeren Mantel­ fläche der Buchsen jeweils um 180° versetzt eine Feder angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung verhindert den übli­ cherweise über die gesamte Länge zwischen Tauchkol­ ben und Zylinder auftretenden Ringspalt. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe entstehen mehrere sichel­ förmige Spalte, die gegeneinander versetzt sind und die eine Anzahl von lokalen hydraulischen Wider­ ständen durch die abwechselnde plötzliche Verengung und Verbreiterung des Kanals bewirken. Durch diese Widerstandsform ergibt sich ein zusätzlicher Stau­ druckverlust im Spalt, wodurch eine Reduzierung des Durchsickerns beim Pumpen bewirkt wird. Ein weite­ rer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen An­ ordnung ist, daß die ansonsten auftretende Vergrö­ ßerung des Spaltes infolge des beim Betrieb der Pumpe auftretende Verschleiß an den Buchsen und am Tauchkolben ausgeglichen wird. Die Buchsen werden durch die Kraft einer Feder verschoben, wobei die jeweils benachbarten Buchsen gegenläufig verschoben werden, und damit eine wesentliche Verringerung des Strömungsquerschnittes bewirken.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Aus­ führungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Bohrlochförder­ pumpe im Längsschnitt,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Pumpe im Quer­ schnitt.

Die Pumpe besteht aus dem Tauchkolben 1, dem Ge­ häuse 2, den Buchsen 3 und 4, die an der Berüh­ rungsfläche 5 zusammenstoßen, den Federn 6, den Elementen 7 und 8, sowie den Ventilen 9 und 10. Das Gehäuse 2, das den Zylinder für die Pumpenanordnung bildet, ist mit den Pumpen-Kompressor-Rohren 11 verbunden, die an der Mündung des Bohrloches aufge­ hängt sind. Der Tauchkolben 1 ist mit den Stangen 12 verbunden, die ebenfalls zur Mündung des Bohrlo­ ches führen und dort mit der auf der Zeichnung nicht dargestellten Schwenkpumpenanlage gekoppelt sind. Zwischen dem Tauchkolben 1 und dem Gehäuse 2 befinden sich eine Anzahl von Buchsen 3 und 4. Die Buchsen 3 und 4 sind gegenüber den Buchsen der Pum­ penachse radial verschoben und werden an einer Seite an den Tauchkolben 1 gedrückt, während sie an ihrer anderen Seite mit dem Gehäuse 2 einen sichel­ förmigen Spalt 13 bilden. Aus Fig. 2 ist an der Berührungsfläche 5 der beiden Buchsen 3 und 4 der sichelförmige Spalt 13 ersichtlich, wobei eine Buchsen teilweise durch die andere Buchse überdeckt wird. In dieser Berührungsfläche 5 verbleiben zwei kleinere nicht überdeckte Abschnitte 14, die den verbleibenden Restspalt bilden. Um das radiale überströmen von Flüssigkeit zwischen diesen beiden Ringen zu vermeiden, sind die Buchsen 3 und 4 an ihren Stirnseiten geschliffen und gegeneinander versetzt angeordnet. Die Elemente 7 und 8 sind mit dem Gehäuse 2 verschraubt. Ihre Abmessungen sind dabei so gewählt, daß sie die Buchsen an den Stirnseiten nicht festklemmen, wie das bei den im Stand der Technik bekannten Pumpen der Fall ist. Es verbleibt ein geringer Spalt dazwischen, der für eine Relativverschiebung der beiden Buchsen ausrei­ chend ist, der jedoch andererseits nur so groß ist, daß das Durchströmen der auszupumpenden Flüssigkeit verhindert wird. Die radiale Beweglichkeit der Buchsen wird durch die Größe des zulässigen Ver­ schleißes von Tauchkolben und Buchse beschränkt. Die Größe der Abschnitte 14, die den nicht über­ deckten Bereiche der beiden benachbarten Buchsen 3 und 4 repräsentieren, ist davon abhängig, unter welchen Winkel die beiden benachbarten Punkte ge­ geneinander verschoben sind. Sie bestimmen damit die Größe der auf die Nachbarbuchsen wirkende Ver­ schiebekräfte. Der geringste Spalt und folglich auch das geringste Durchsickern der Flüssigkeit tritt auf, wenn die beiden benachbarten Buchsen um 180° versetzt sind. In diesem Fall beträgt die Spaltfläche 32% der Fläche des Ringspaltes zwi­ schen Tauchkolben und Buchse. Eine Verringerung oder Vergrößerung des Winkels um 10° bewirkt nur eine unwesentliche Vergrößerung der Fläche. Die größten Änderungen im wirksamen Spalt ergeben sich, wenn der Versatz der benachbarten Buchsen 0° bzw. 360° erreicht.

Die radiale Verschiebung der Buchse kann auf unter­ schiedliche Weise bewirkt werden, beispielsweise durch Verwendung einer zylindrischen oder einer flachen Feder, eines Permanentmagnetes und derglei­ chen. In den in Fig. 1 und 2 dargestellten Bei­ spiel wurden zwei flache Federn 6 verwendet, die die nebeneinander liegenden Buchsen an die jeweils gegenüber liegende Seite andrücken. Bewegt sich der Tauchkolben 1 von oben nach unten, strömt die Flüs­ sigkeit, die sich oberhalb des geschlossenen Auf­ nahmeventils 10 befindet, durch das geöffnete Druckventil 9 in die Rohre 11. Bei der Rückbewegung des Tauchkolbens 1 nach oben wird das Druckventil 9 geschlossen und das Aufnahmeventil 10 geöffnet. Da­ durch entsteht eine Druckdifferenz, durch die die Flüssigkeit an die Oberfläche gefördert wird. Teil­ weise erfolgt dabei ein Durchsickern der Flüssig­ keit in den Spalt zwischen Tauchkolben 1 und Zylin­ der des Gehäuses 2 zurück in den Saugraum. Bei den im Stand der Technik bekannten Pumpen stellt der Spalt zwischen dem Tauchkolben 1 und Zylinder einen Ringspalt dar, der sich über die ganze Länge der Pumpe erstreckt. Dem gegenüber ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Pumpe eine größere Anzahl von si­ chelformigen Spalten, die durch die plötzliche Ver­ engung und Erweiterung des Kanales den hydrauli­ schen Widerstand etappenweise erhöhen. Dies bewirkt eine Verringerung des Staudruckes im Spalt, was zur Reduzierung des Durchsickerns der Flüssigkeit und damit zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Pum­ penanordnung führt. Beim Betrieb der Pumpe ist ein Verschleiß an den Innenflächen von Buchse und Tauchkolben 1 unvermeidlich. Bei der erfindungsge­ mäßen Anordnung werden die Buchsen unter der Wir­ kung der Feder 6 verschoben und bestimmen den ver­ bleibenden Spalt beim Erreichen der Kontaktstelle. Die Verschiebung der nebeneinander liegenden Buch­ sen gewährleistet die Einhaltung eines kleinen Durchgangsquerschnittes, der durch die nicht über­ deckten Abschnitte 14 an den Berührungsstellen 5 bestimmt ist. Dieser geringere Querschnitt bleibt selbst bei Verschleiß der bewegten Teile über eine sehr lange Zeit erhalten. Dadurch gibt sich eine wesentlich vergrößerte Nutzungsdauer der Pumpe mit geringem Durchsickern der Flüssigkeit.

Es konnte experimentell nachgewiesen werden, daß mit dem Einsatz von 20 Stufen der beschrieben Art der hydraulische Widerstand sich so veränderte, daß das Durchsickern der Flüssigkeit um 60 bis 80% ge­ genüber den bei bekannten Pumpenanordnungen auftre­ tenden Leckverlusten verringert wurde.

Claims (3)

1. Bohrlochförderpumpe, bestehend aus einem Tauch­ kolben, mehreren Ventilen und einem Zylinder, in dem sich Buchsen befinden, die an ihren Enden mit Hilfe gesonderter Elemente mit einem Gehäuse ver­ schraubt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen zur Gewährleistung eines zulässigen Spaltes in der Tauchkolben-Zylinder-Paarung in radialer Richtung relativ zueinander beweglich sind, wobei die Verschiebung vorzugsweise so angeordnet ist, daß der Winkel, den die Verschieberichtungen zweier benachbarter Buchsen bilden, im Bereich von 170- 190° liegt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen stirnseitig geschliffen sind jeweils benachbarte Buchsen in entgegengesetzter Richtung versetzt angeordnet sind.

3. Anordnung nach einen der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß an den äußeren Mantelflä­ che der Buchsen jeweils um 180° versetzt eine Feder angeordnet ist.