DE2230291A1 - Pumpsystem - Google Patents

Description

!BERLIN 33 8 MÜNCHEN 27

Auguite-Vllrtorla-Straa« BB Df"-Inq HANS RUSCHKE Plenzenauer Straße 2 Pat.-Anw. Dr. Ruichke f nr-lM-7 ArMII An Pat.-Anwalt Agular

Telefon: 0311« Dipl.-Ifig. HEINZ AGULAR T^OOH«

T.legramm-Adresae: PATENTANWÄLTE Telegramm-Adr····: Quadratur Berlin Quadratur München

1453

i¹. Conrad Greer, Santa Maria, California, V.St.A.

Pumpsystem

Die vorliegende Erfindung betrifft Pumpen und Pumpverfahren und insbesondere eine Pumpe und ein Pumpverfahren, die geeignet sind für die Verwendung in Bohrlöchern, wie z.B. Ölbohrlöchern, sowie anderen Puinpanlagen.

In der Vergangenheit sind verschiedene Pumpenarten für die förderung von Bohr^ochflüssigkeiten - wie z.B. Rohöl konstruiert worden. Das gepumpte Rohöl ist oft jedoch aggressiv, da es Verunreinigungen wie Sand, Silt, Schlamm und Salzwasser enthält und daher schleifend und/oder korrosiv wirkt. Die Konstruktion der Pumpen nach dem Stand der Technik wurde durch das Problem erschwert, daß diese sich bewegende Teile - wie z.B. die Kolbenmechanik - aufweisen, die mit der gepumpten aggressiven flüssigkeit in Berührung kommen₀

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AIs Folge führen die aggressiven Rohöle oder Bohrlochflüssigkeiten zu erheblicher Abnutzung, Reibung und Korrosion der sich bewegenden Teile der Pumpen nach dem Stand der Technik. Bei der Verwendung solcher Pumpen nach dem Stand der Technik zum Fördern aggressiver Bohrlochflüssigkeiten traten daher erhebliche Kosten auf, da die Pumpen oft äü.11-gelegt, aus ihren Bohrlochstellungen heraufgehc.lt und neu aufgebaut oder repariert werden mußten, um die abgenutzten und/oder korrodierten beweglichen Teile auszuwechseln.

Zusätzlich dazu waren viele der für Bohrlocheinsatz gedachten Pumpeh nach dem Stand der Technik so konstruiert, daß die verdrängende Bohrlochflüssigkeit sich in körperlichem Kontakt mit der sich auf- und abbewegenden Saugstangenkette nach oben bewegt. Die Berührung der im allgemeinen sehr aähen Bohrlochflüssigkeit mit der Saugstangenkette führt zu einer Beschränkung der Abwärtsbewegung ('rod fall") der Stangenkette und begrenzt daher die Periodenzahl, mit der der Kolben in diesen Pumpen zum Fördern der Bohrlochflüssigkeit an die Erdoberfläche angetrieben werden konnte. Weiterhin war die Saugstangenkette durch die Abwärtsbewegung des Pumphebers, mit dem sie verbunden war, erheblichen Belastungen ausgesetzt, da die aufwärts strömende Bohrlochflüssigkeit der Abwärtsbevqgung der Saugstangenkette einen Widerstand

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entgegensetzte. Folglich bestand für die Förderleistung der Pumpen nach dem Stand, der Technik eine Grenze, da es nicht möglich war, mehr als drei Perioden pro Minute für die Abwärtsbewegung der Saugstangen zu erreichen, ohne dabei das Risiko einzugehen, daß die Saugstangenkette brach.

Andere Probleme für Bohrlochpumpen nach dem Stand der Technik bestanden darin, daß sie durch Gaseinschlüsse von aus der geförderten Bohrlochflüssigkeit stammenden Gasen und durch das Paraffin aus Rohölen auf Paraffinbasis blockiert werden konnten. Weiterhin waren die Pumpen nach dem Stand der Technik nicht dafür geeignet, sehr zähe Rohölmischungen - wie z„B·. sandträchtiges Rohöl - zu pumpen, da, um übermäßige Abnutzung infolge der Berührung mit den hochzähen Bohrlochflüssigkeiten zu vermeiden, Filtermechanismen eingesetzt wurden, um die Verunreinigungen aus dem Öl auszufiltern. Diese Filter begrenzten die ölströmung in die Pumpe in erheblichem Maße.

Folglich ist es das Hauptziel der Erfindung, eine verbesserte Pumpe zu schaffen, die geeignet ist für den Einsatz einer nichtaggressiven Verdrängungsflüssigkeit, um die Berührung der beweglichen Pumpenteile mit der aggressiven Flüssigkeit zu vermeiden und damit Reibung, Abnutzung und Korrosion erheblich zu reduzieren.

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Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein Pumpsystem zum Fördern aggressiver Flüssigkeiten offenbart. Der hier verwendete Ausdruck "Aggressive Flüssigkeit" betrifft jede Flüssigkeit, deren Berührung mit den Pumpenteilen und insbesondere den sich bewegenden Pumpenteilen unerwünscht und für die Pumpe schädlich ist. Beispiele für derartige aggressive Flüssigkeiten sind schleifende und erosive Flüssigkeiten mit hoher Viskosität, korrodierende Säuren usw.. Die aggressive Flüssigkeit kann auch ein sandträchtiges Rohöl hoher Viskosität sein.

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen in dem besonderen Aufbau und der Betriebsweise des anhand eines¹ beispielhaften Aus führungs form in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen erläuterten Bohrlochpumpsystems.

Fig. 1 ist ein Seitenriß eines Ölbohrlochs mit einer Pumpanlage nach der vorliegenden Erfindung, wobei die sich abwärts in das Bohrloch erstreckenden Teile nebeneinander liegend dargestellt sind, um die Übersichtlichkeit der Darstellung des abgesenkten Pumpsystemteils zu verbessern.

Fig. 2 ist eine Ansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1 und zeigt den abgesenkten Teil dee Pumpsystems in seiner normalen gedrängten Anordnung in dem Bohrloch der Fig. 2.

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Fig. 3a und 3b sind Schnitte durch den abgesenkten Teil des Pumpsystems nach Pig. 1 entlang der Linie 3-3 der Fig. 2
und zeigen den Kolben des Pumpsystems im Abwärtshub, wobei Mg. 3a die obere Hälfte des abgesenkten Pumpsystems und
Fig. 3b die untere Hälfte des abgesenkten Pumpsystems darstellt.

Fig. 4a und 4b entsprechen den Fig. 3a bzw. 3b, zeigen jedoch die Funktion des Pumpsystems mit dem Kolben im Aufwärtshub .

Fig. 5 ist eine Ansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 3b. Fig. 6 ist eine Ansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 3b. Fig. 7 ist eine Ansicht entlang der Linie 7-7 der Fig. 3a. Tig. 8 ist ein Seitenriß eines Teils eines modifizierten
Pumpsystemsnach Fig. 1 mit einer Anordnung zürn Einführen des Verdünnungsmittels, wobei der Teilschnitt den Aufbau dieser Einfuferungsanordnung klarstellt.

Die Fig. 1—7 zeigen ein im Bohrloch bzw. Gehäuse 13 einer
Ölbohrung angeordnetes und insgesamt mit dem Bezugszeichen bezeichnetes Pumpsystem. Das Pumpsystem 11 weist sich vertikal erstreckende Förderrohre 15 und 17 auf, die im Bohrloch 13 von der ürdoberflache zu dessen Sohle verlaufen, wo sich die Bohrlochflüssigkeit in Form einer Mischung 19 von hochviskosem Rohöl und Verunreinigungen befindet. Ein solches hochviäcqses

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Rohöl, das im allgemeinen Sand und SiIt enthält, trifft man in den Bohrlöchern des Gebietes von Santa i^aria im Staat Kalifornien an. Wegen des Sandes und der anderen Verunreinigungen, die dieses Rohöl 19 im allgemeinen enthält, ist das Öl im allgemeinen sehr aggressiv, da es schleifend und erosiv wirkt und manchmal auch korrodierendes Salzwasser enthält» Die Leitung 15 bildet ein für die Strömungsflüssigkeit dichtes Gehäuse für eine Kette von Saugstangen 21, die auf herkömmliche Weise an eine Antriebsmaschine 23 angeschlossen sindj sie ist in Fig. 1 als Pumpe· heber dargestellt, der an der Erdoberfläche an der Bohrung 13 aufgestellt ist. Die Kette von Saugstangen 21 und die dem Pumpsystem 11 zugeordnete Pumpmechanik kann natürlich auch von anderen Einheiten als einem Pumpheber angetrieben werden - wie ZoB. einer eatsprechend konstruierten hydraulischen Maschine, Elektromotoren, Gasspanriungsmaschinen usw.. Die Leitung 17 wirkt als Förderleitung und bildet eine Vorrichtung zum Trennen des gepumpten Rohöls von der Lagerstätte und zum Fördern des Rohöls 19 an die Oberfläche. Bei dieser Anordnung der Leitungen 15 und 17 ist die Saugstangenkette 21 von der Bohrflüssigkeit getrennt, so daß diese die Bewegung nicht behindert und Pumpgeschwindigkeiten von 10 Hüben pro Minute für die Förderung der Bohrlochflüssigkeit an die Oberfläche möglich werden. Bei derartigen Hub^ahlen können

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sich Pumpdrücke von 6000 - 7000 lbs./sq.in. (4,22 - 4,92 kg/W⁴) entwickeln, ohne daß die Saugstangenkette 21, die mit der Bohrloehflüssigkeit 19 nicht in Berührung steht, unzulässigen Belastungen ausgesetzt wäre.

Am unteren Ende der Leitung 15 ist mittels eines Verbindungsabschnitts 25 ein Leitungsteil 27- mit einer hohlen Seitenverzweigung 29 angebracht. Der Verbindungsabschnitt 27 mit der Verzweigung 29 bildet eine erste Kammer 31· Die Kammer 31 hat einen zylindrischen Teil, der mit der senkrechten Kette von Saugstangen 21 ausgerichtet ist und eine Kolbenkammer bildet. Der Kolben 33 bildet einen beweglichen Wand teil der Kammer 31» wenn er durch die Saugstangen 21 nach oben bewegt wird-, verkleinert er das wirksame Volumen der Kammer 31 · Entsprechend wird bei einer Abwärtsbewegung der Saugstangen 21 der Kolben 33 abwärts bewegt und vergrößert das wirksame Volumen der Kammer 31· Die aus dem die Kolbenkammer bildenden Bereich und dem von der Seitenverzweigung 29 eingeschlossenen Bereich bestehende Kammer 31 ist in den Fig. 3a und 4a dargestellt.

Am unteren Ende des Leitungsteils 27 ist über ein Verbindungsstück 35 ein Leitungsteil 37 angebracht, das mit seinem oberen Ende in den· Leitungsteil 27 mündet. Der Leitungsteil

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bildet das feste Gehäuse, in dem die Kolbenmechanik bzw. -anordnung 33 sich auf- und abbewegt. An die Kolbenmechanik 33 ist ein fahrendes Ventil 39 angeschlossen und bewegt sich mit dieser? das Ventil 39 - vorzugsweise ein Kugelventil - steuert die Strömung einer Verdrängungsflüssigkeit 41 zur Kammer 31 auf eine nachstehend erläuterte Weise. Die Verdrängungsflüssigkeit 41 ist nichtaggressiv und vorzugsweise Kerosen oder Nahptha, das mit Rohöl vermischt ist. Der hier verwendete Ausdruck "nichtaggressive Flüssigkeit" bezieht sich auf ein Strömungsmittel, das bei der Berührung mit Pumpenteilen diese nicht angreift oder ungebührlich abnutzt. Die nichtaggressive Flüssigkeit kann schmierend sein - wie Kerosen -, gefiltertes Rohöl, ein Lösungsmittel zum Lösen des Paraffins, das sich aus der verdrängten Bohrlochflüssigkeit 19 auf den Pumpteilen niedergeschlagen hat, oder jede andere geeignete Flüssigkeit, deren Berührung mit den Pumpenteilen nicht unerwünscht ist. Am unteren Ende des Leitungsteiis 37 ist mittels eines Verbindungsstücks 45 eine Rohrkappe 43 angesetzt, in der sich die Verdrängungsflüssigkeit 41 sammelt und die für diese einen Vorratsbehälter bildet. Wie in den Fig. 3a, 4a und 4b gezeigt, sind die Saugstangen 21 hohl, und die Verdrängungsflüssigkeit 41 wird durch eine Versorgungsanlage 47 geliefert, die

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in Pig. 1 als am Bohrloch 13 angeordnet dargestellt ist. Die Versorgungsanlage 47 arbeitet auf herkömmliche Weise und liefert durch die Leitung 49 die Verdrängungsflüssigkeit mit gesteuerter Geschwindigkeit an das obere Ende der hohlen Saugstangen 21. Wie durch die Pfeile in den Pig. 3a, 5b, 4a und 4b angedeutet, fließt die Verdrängungsflüssigkeit 41 die Saugstangen 21 hinab und durch eine Auslaßöffnung 51 an der Seite des Leitungsteils 37 herab in die Rohrkappe 43» wo sie sich sammelt. Das fahrende Ventil 39 steuert die Strömung der Verdrängungsflüssigkeit 41 nach oben durch den Kanal 53, der durch die Kolbenmechanik 33 hindurch in die Kammer 31 mündet. Die Kammer 31 hält die Verdrängungsflüssigkeit fest und beschränkt ihre Bewegung.

Einstückig mit der Seitenverzweigung 29 des Leitungsteiles 27 ist ein vorzugsweise rohrförmiger und senkrecht angeordneter Leitungsteil 55. Der Leitungsteil 55 steht mit der Kammer 31 in Strömungsverbindung und bildet einen sich abwärts erstreckenden Strömungskanal 56, der an seinem unteren Ende mit einer zweiten Kammer 57 in Strömungsverbindung steht, die durch einen Leitungsteil 59 gebildet ist, der vom unteren Teil des Leitungsteils 55 abzweigt und sich von dort aus n_ach oben erstreckt. Die Leitungsteile 55 und 59 - vorzugsweise als einstückige Einheit ausgebildet - bilden eine im

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allgemeinen U-förmige Verbindungsstelle. Am unteren Ende des Leitungsteils 55 ist ein Standventil 61 angeschlossen, das vorzugsweise ein Kugelventil ist und an seinem unteren Ende eine Eingangsöffnung 63 aufweist. Das Standventil 61 in Kombination mit der Eingangsöffnung 63 stellt eine Einlaßvorrichtung dar, die auf die hiernach zu erläuternde Weise arbeitet, um die Strömung von Flüssigkeit und insbesondere von Bohrlochflüssigkeit zwar in die, aber nicht aus der Kammer 57 zuzulassen. Das Ventil 61 arbeitet als Rückschlagventil, um daa Ausströmen von Flüssigkeit aus der Kammer 57 zu verhindern. Der hier verwendete Ausdruck "Flüssigkeit" bezeichnet ganz allgemein alle Arten strömungsfähiger Substanzen und Aufschiämmungen - wie z.B. Mischungen von 40 $> üohöl mit 60 °/> Sand -, wie sie ein Öllager ausmachen. Am oberen Ende des Leitungsteils 59 ist einStandventil 65 in einem Verbindungsstück 67 angeordnet. Das Verbindungsstück 67 ist auch an das untere Ende der Leitung 17 angeschlossen, die, wie zuvor ausgeführt, als Fördersteigleitung für die gepumpte Bohrlochflüssigkeit zur Bohrlochoberfläche wirkt, während sie die gepumpte Bohrlochflüssigkeit von der Saugstangenkette und der Lagerstätte trennt. In der leitung 17 befinden sich keine internen Begrenzungen außer den Außenwänden. Das Standventil 65 wirkt als Auslaßvorrichtung, durch die die zu fördernde Flüssigkeit in die Förderleitung

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17 eingeführt wird und verhindert das Eindringen von Flüssigkeit in die Kammer 57 von der Leitungsseite her.

Der Leitungsteil 55 erstreckt sich senkrecht bis etwas über den Verzweigungsteil 29 und bildet eine Gasauffangkammer i>9. Das Obere Ende des Leitungsteils 55 weist ein Verbindungsstück 71 mit einem darin angebrachten Ventil 73 - vorzugsweise einem Kugelventil - auf« Das Ventil 73 leitet aufgefangenes Gas aus der Auffangkammer 69 in eine obere Gassammeikammer 75 ab, die von der Rohrkappe 77» die über das Verbindungsstück 71 angeschlossen ist, gebildet wird, Am oberen Ende der Gassamme1kammer 75 ist mittels eines Winkelstücks 79 eine Leitung 81 angeschlossen, die sich vom Winkelstück 79 herab bis zu einem Punkt am Oberteil der Kammer 57 erstreckt, wo sie an ein Ventil 83 angeschlossen ist." Das Ventil 83 ist vorzugsweise ein Kugelventil und durch eine Feder in der Schließrichtung beaufschlagt. Vom Kugelventil 83 verläuft eine Auslaßleitung 85 flüssigkeitsdicht durch eine Wand der Kammer 57, um das Gas in den nach oben verlaufenden Teil des Leitungsteils 59 zu leiten. Hierdurch wird das Gas durch das Standventil 65 mit der Bohrlochflüssigkeit 19 in die Förderleitung 17 eingelassen. Die Siebe und 89 sind jeweils vor undnach den Ventilen 73 und 83 angeordnet, um aus der Gasströmung Teilchen auszusieben, die

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das Winkelstück 79, die Leitung 81, das Ventil 83 oder die Leitung 85 verstopfen könnten. Weiterhin ist das Ventil 73 mit einer verhältnismäßig kleinen Öffnung konstruiert, so daß, wenn aus der gepumpten Bohrlochflüssigkeit 19 kein Gas austritt, nur vernachlässigbar geringe Mengen der Verdrängungsflüssigkeit 41 durch das Ventil 73 in das Grasausziehsystem bzw. die Anordnung aus Gasauffangkammer 69, Ventil 73 und 83, Sammelbehälter 75, Verbindungsstück 79 und Leitungen 81 und 85 eintritt.

Beim Betrieb des als Beispiel erläuterten Pumpsystems nach den Fig. 1-7 wird anfänglich die Schmierflüssigkeit Kerosen 41 zugeführt und flutet die Pumpenkammern 31, 57 und den Kanal 56. Sodann wird die Antriebsmaschine 23 angeschaltet, die die Saugstangenkette 21 auf- und abbewegt, um das wirksame Volumen der Kammer zu ändern, so daß die Bohrlochflüssigkeit 19 in die Kammer 57 gezogen wird und sich eine Trennfläche in der Trennkammer bildet, die von dem Kanal 56 senkrecht an irgendeiner Stelle zwischen den Kammern 31 und 57 gebildet wird. Der Kammer 31 wird Verdrängungsflüssigkeit 41 in ausreichender Menge zugeführt, um die Flüssigkeitstrennstelle innerhalb des Kanals 56 aufrechtzuerhalten. .Der Trennstellenbereich 91 der Verdrängungsflüssigkeit 41 und der verdrängten Bohrlochflüssigkeit 19 bewegt sich mit der Bewegung des Kolbens 33 auf und ab. Die Fig. 3a und 3b zeigen den Kolben beim Abwärtshub. Bei diesem Abwärtshub wird das Ventil 39 durch den Druck -der Verdrängungsflüssigkeit 41 in dem von der Kappe 43

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gebildeten Vorratsbehälter geöffnet, so daß sie nach oben und durch das Ventil 39 in die Kammer 31 fließt. Während des Abwärtshubs des Kolbens 33 bildet sich in der Kammer 57 ein Mederdruckbereieh aus, so daß der Druck der Bohrlochflüssigkeit 19 an der Sohle des Bohrlochs 13 das Standventil 61 öffnet und die zu fördernde Bohrlochflüssigkeit 19, d.h. eine strömungsfähige Mischung aus Rohöl und Verunreinigungen, in die Kammer 57 einströmt. Diese Strömung der Bohrlochflüssigkeit 19 in die Kammer 57 zwingt den Trennstellenbereich 91 im Kanal 56 nach oben, wodurch die Verdrängungsflüssigkeit 41 (Kerosen), in die sich ausdehnend Kammer 31 einfließen will, wie es durch die Pfeile in den Fig. 3a und 3b angedeutet ist. Zusätzlich strömt das aus dem gepumpten Öl 19 austretende Gas aufwärts durch den senkrechten Kanal, den der Leitungsteil 55 bildet, in den Gasauffangbehälter 69 und zwingt die das Gas verdrängende Flüssigkeitstrennstelle 93 während des Abwärtshubes des Kolbens nach unten; vgl. ebenfalls die Pfeile. Das Ventil 73 wird durch den über ihm anstehenden Druckunterschied während des Abwärtshubes des Kolbens 33 geschlossen gehalten. Während des Abwärtshubes des Kolbens ist weiterhin die Auslaßöffnung, die durch die Ventilanordnung 65 gebildet wird, geschlossen, da die Flüssigkeitstrennstelle 91 sich zu dieser Zeit im Kanal 56 nach oben bewegt.

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-H-

Die Figo 4a und 4b zweigen den Aufwärtshiibe des Kolbens 33. Beim Aufwärtshub verringert der Kolben 33 das wirksame Volumen der Kammer 31 , so daß die darin befindliche Verdrängungsflüssigkeit 41 im leitungsteil 55 sowohl auf- als auch abwärts gezwungen wird. Da bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 33 das fahrende Ventil 33 nicht nach unten in den Vorrat der Verdrängungsflüssigkeit 41 in der Kappe 43 reicht, wird die Ventilanordnung 33 durch die über ihr liegende Druckdifferenz geschlossen. Die Abwärtsbewegung des verdrängenden Kerosens 41 im Leitungsteil 55 bewirkt, daß der Trennstellenbereich 91 in einer kolbenartigen Bewegung im Kanal 56 abwärts bewegt wird und die Bohrlochflüssigkeit 19 nach unten zur Kammer 57 gedrückt. Diese Abwärtsbewegung der verdrängten Flüssigkeit 19 in der Kammer 57 schließt automatisch die Einlaßventilanordnung 61 und öffnet die Ausgangsventilanordnung 65, so daß das Rohöl 19 in die Förderleitung 17 geleitet und nach oben zur Erdoberfläche gepumpt wird. Die Aufwärtebewegung der Verdrängungsflüssigkeit 41 im Leitungsteil 55 bewirkt einen Druckanstieg des Gases in der Gasauffangkammer 691> so daß das Ventil 73 sich öffnet und das Gas in den Gassammelbehälter 75 strömt. Das im Gassammelbehälter 75 enthaltene Gas steht unter zunehmendem Druck und strömt die Leitung 81 hinunter, um das federbeaufschlagte Ventil 83

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zu öffnen. Die Öffnung des federbeaufschlagten Ventils 83 leitet das Gas in der Leitung 81 ab, "bis ein niedrigerer Druckwert, den das Ventil 83 "bestimmt, erreicht ist. Das abgeleitete Gas wird in den nach oben verlaufenden Teil des leitungsteils 59 abgegeben, wo es mit der Bohrlochflüssigkeit 19 zusammen in di'e Förderleitung 17 hinein und aus dem Bohrloch ausgepumpt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß das Gas normalerweise nur während des Aufwärtshubes des Kolbens 33 durch das Gasausziehsystem gedrückt wird; dann hat die Kammer 31 ihr kleinstes wirksames Volumen und die Verdrängurigsflüssigkeit 41 übt den stärksten Druck auf das Gas in der Auffangkammer 69 aus.

Beim -kaufen der Antriebsmaschine 23 wird also das Öl bzw. die Bohrlochflüssigkeit 19 schnell und wirksam die Förderleitung 17 hinaufgetrieben, da außer den Ventilen 61 und der Anordnung keine anderen beweglichen Teile mit dem aggressiven Rohöl 19 in Berührung kommen. Weiterhin kann die Antriebsmaschine 23 verhältnismäßig schnell laufen, da die Saugstangenkette 21 mit der Bohrlochflüssigkeit 19 nicht in Berührung tritt, so daß auch Flüssigkeiten hoher Viskosität wie .das bei banta Maria im Staat Kalifornien geförderte Rohöl sehr schnell durch die Förderleitung 17

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an die Oberfläche gepumpt werden können. Vorzugsweise wird man Kerosen oder ein anderes leichtes Strömungsmittel im Rohr 15 um die Saugstangenkette 21 herum vorsehen, um diese zu schmieren, ohne dabei die Geschwindigkeit der Bewegung zu beschränken. Dieses Kerosen läßt sich aus einer Versorgungsanlage 47 zuführen.

Fig. 8 zeigt eine modifizierte Ausführungsform des Pumpsystems nach den Pig. 1-7 mit einem sich nach unten erstrekkenden Strömungsmitteleinspritzsystem 95· Das System 95 hat eine Leitung 97 mit einem federbeaufschlagtenVentil 99 an deren unterem Ende und einem Verbindungsstück 101, das dieses mit der Leitung 15 verbindet. Es liegt somit eine Strömungsmitteleinspritzvorrichtung vor, in dem eine Verdünnungsflüssigkeit wie z.B. Kerosen die Leitung 15 hinab durch das Verbindungs-stück 1o1 und die Leitung 97 gepumpt und mit einer durch das federbeaufschlagte Ventil 99 gesteuerten Geschwindigkeit durch eine am Ventil 99 befindliche Düse oder Öffnung 105 in die Bohrlochflüssigkeit 19 eingespritzt wird. Die Strömung der Verdünnungsflüssigkeit ist"in Fig. 8 durch Eichtungspfeile angezeigt. Die Bohrlochflüssigkeit 19 wird hierdurch vor dem Einpumpen in die Kammer 57 und in die Förderleitung 17 auf eine geringere Viskosität verdünnte Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß durch das¹

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Herabpumpen einer Schmierflüssigkeit - wie z.B. Kerosen β durch die leitung 15 über die Außenfläche der Saugstangenkette 21 eine automatische Schmierung der Saugstangen stattfindet, die deren Fallgeschwindigkeit nicht einschränkt. Die ^verdünnungsflüssigkeit läßt sich durch die Versorgungsanlage 47 oder eine andere herkömmliche Quelle liefern.

Die als Beispiel ausgeführte Pumpe läßt sich mit oder ohne das beschriebene Gasausziehsystem verwenden und ist in diesem Zustand auch getestet worden. Beispielsweise erwies sich das G-asausziehsystem als überflüssig, wenn die ausgeführte Pumpe zuij Fördern einer strömungsfähigen Mischung aus Rohöl und Verunreinigungen eingesetzt wurde, deren Gas/Öl-Verhältnis niedrig war. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß sich Vorkehrungen treffen lassen, damit die Pumpe sowohl im Aufwärts- als auch im Abwärtshub der Kolbenmechanik 33 pumpt, und daß, während die aus den Leitungen 27, 37, 55 und 59 bestehende Anordnung hier als mit den Enden der leitung 15 bzw. Förderleitung 17 einer Bohrlochpumpanlage verbunden dargestellt wurde, eine nach dem gleichen Prinzip arbeitende Anordnung sich auch für andere Pumpanwendungen einsetzen läßt. Die Vorrichtung zur Expansion und Eontraktion der Kammer 31 könnte die Form anderer geeigneter Anordnungen oder Mittel als eines Kolbens annehmen und auch durch

einen im Bohrloch abgesenkten Motor anstelle einer an der Überfläche angeordneten Antriebsmaschine getrieben werden. Weiterhin können anstelle der Kugelventile andere Ventilanordnungen - wie z.B. Tellerventile - eingesetzt werden, und das gesamte untere Ende der Pumpanordnung ließe sich als Eingangseinheit ausbilden, um das Einpumpen extrem viskoser strömungsfähiger Mischungen - wie z.B. einer Mischung von 60 ^J/o Sand mit 40 fo Öl - in die Pumpanordnung zu erleichtern.Weiterhin kann man, anstatt eine Förderleitung zum Fördern der Bohrlochflüssigkeit 19 an die Oberfläche zu verwenden, eine Dichtung in das Bohrloch 13 einsetzen, um den Auslaßpunkt der Auslaßöffnung der Pumpe von der Lagerstätte zu isolieren, damit das Bohrloch 13 selbst als Leitung verwendet werden kann, durch die die Bohrlochflüssigkeit an die Oberfläche steigt.

Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß man, anstatt die ^erdrängungsflüssigkeit die Saugstangen hinabzupumpen, weniger teure ßaugstangen aus Vollmaterial zusammen mit anderen herkömmlichen Vorrichtungen verwenden kann, um die ^erdrängungsflüssigkeit in die Kammer 31 einzubringen. Auch braucht die Verdrängungsflüssigkeit 41 nur mit einer Geschwindigkeit in die Kammer 31 eingeführt zu werden, bei

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der die Verluste an Veräängungsflüssigkeit während des
Heraufpumpens der Bohrlochflüssigkeit durch die Förderleitung 17 ausgeglichen werden; hierbei wird die im Durchgang 56 bestehende Trennstelle zwischen Verdrängungsflüssigkeit
und Bohrlochflüssigkeit aufrechterhalten. Verwendet man Kerosen, um Öl zu pumpen, muß das Kerosen bspw. mit 10 $> der
Pumpenverdrängung zugeführt werden. V/ährend hier Kerosen
als Verdrängungsflüssigkeit angeführt ist, lassen sich auch
andere geeignete Flüssigkeiten verwenden, die nicht aggressiv sind und die Pumpmechanik nicht angreifen und übermäßiger Abnutzung aussetzen - z.B. Wasser und verschiedene andere geeignete Flüssigkeiten. Beispielsweise ließe sich gefiltertes
Öl verwenden, um eine Mischung aus Rohöl und Verunreinigungen aus einer Lagerstätte abzupumpen. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß die Verdrängungsflüssigkeit Kerosen mit der
Bohrlochflüssigkeit Rohöl mischbar ist und durch das Aufrechterhalten einer sich bewegenden Trennstelle zwischen den Flüssigkeiten sich nur wenig Verdrängungsflüssigkeit mit dem die
Förderleitung 17 hinaufgepumpten ßohöl vermischt. Während die Bohrlochpumpanlage hier in der Anwendung auf das Pumpen von
Rohöl erläutert wurde, ist ersichtlich, daß andere strömungsmittelähnliche Substanzen mit hohem 'Gehalt an Verunreinigunge_n und schleifenden und/oder korroedierenden Eigenschaften uit

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HiIfe dieser Anlage pumpbar sind, wie z.B. Schlamm. Weiterhin ließe sich das System als Säurepumpe einsetzen, indem man als Verd'rängungsflüssigkeit eine nichtaggressive Flüssigkeit einsetzt, die der zu fördernden Flüssigkeit gegenüber träge ist; hierbei wäre es möglich, stark korrodierende Säuren wie z.B. wasserfreie Schwefelsäure zu pumpen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Pumpe aus einem Aufbau, der eine erste Strömungsmittelkammer bildet, die in Strömungsverbindung mit einerzweiten Strömungsmittelkammer steht, wobei die Verbindung durch einen Strömungsmittelkanal erfolgt, der sich von einem oberen Punkt, der in Verbindung mit der ersten Kammer steht, abwärts zu einem unteren Punkt erstreckt, der in Verbindung mit der zweiten Kammer steht, wobei die erste uiü die zweite Kammer eine Verdrängungsflüssigkeit bzw. eine zu verdrängende Flüssigkeit aufnehmen, so daß sich im Strömuhgsmittelkanal .eine Trennstelle zwischen den Strömungsmitteln befindet, und wobei die zweite Kammer Einlaß- und Auslaßöffnungseinrichmngen aufweist, die jeweils nur zum Einlassen bzw. Ablassen von Strömungsmittel betätigbar sind; sowie aus einer Anordnung zum Expandieren und Kontrahieren des wirksamen Volumens der ersten Kammer, um im Strömungsmittelkanal den Bereich der Trennstelle zwischen Verdrängung- und zu verdrängender Flüssigkeit auf- und abzubewegen, wobei die Verdrängungsflüssigkeit als Kolben wirkt, der die zu verdrängende Flüssigkeit in die Einlaßöffnungseinrichtung hinein und aus der Auslaßöffnungseinrichtung heraus pumpt.

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   2o Pumpe nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungseinrichtung ein Rückschlagventil aufweist, daa den Durchgang von Strömungsmittel aus der zweiten Kammer heraus verhindert, und die Auslaßöffnungseinrichtung ein Rückschlagventil aufweist _r das den Durchgang von Strömungsmittel in die zweite Kammer hinein verhindert.

   3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Expandieren und Kontrahieren des wirksamen Voslumens der ersten Kammer eine in dieser hin- und herbewegbar angeordnete Kolbenvorrichtung ist.

   4. Pumpe nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß an die Kolbenvorrichtung eine Antriebsmaschine angekoppelt ist, die die Kolbenvorrichtung zur Hin- und Herbewegung antreibt.

   5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß an die erste Kammer mittel angeschlossen sind, die Verdrängungsflüssigkeit an sie liefern, um den Trennstellenbereich zwischen Verdrärigungs- und zu verdrängender Flüssigkeit im Strömungsmittelkanal aufrechtzuerhalten.

   6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für den Einsatz in einem Bohrloch zum Heraufpumpen der Bohrlochflüssigkeit,

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   i die Pumpenkopplungsvorrichtung an den Aufbau ange-" schlossen ist, der eine Leitungsanordnung zum Fördern der Bohrlochflüssigkeit an die Erdoberfläche in Strömungsver-"bindung mit der Auslaßöffnungseinrichtung bringt.

   7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau eine Gasauffangkammer enthält, die über dem oberen Ende des Kanals ausgebildet ist und mit diesem in Strömungsverbindung steht, um aus der Bohrlochflüssigkeit entwickeltes Gas aufzufangen, sowie eine ventilgesteuerte Leitung, die aufgefangenes Gas von der Gas auf fangkammer zu einem Punkt in der zweiten Kammer leitet, der nahe der Auslaßöffnungseinrichtung liegt, so daß das Gas mit der Bohrlochflüssigkeit aus der Kammer herausgepumpt wird, wobei die Gasströmung in der Leitung durch ein Ventil gestaiert "wird, das vom Druck des durchströmenden Gases sowie von den Drücken innerhalb der Gasauffangkammer und der zweiten Kammer abhängig betätigbar ist.

   8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7 in Verbindung mit Anspruch 4, wobei die Koihbenvorrichtung mittels einer Kette von Saugstangen mit der Antriebsmaschine verbindbar ist.

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   9. Pumpe nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aufbau eine Flüssigkeitseinspritzvorrichtung zugeordnet ist, die sieh in die zu fördernde Bohrlochflüssigkeit hineinerstreckt und in diese gesteuerte Mengen einer Verdünnungsflüssigkeit einführt, um die Bohrlochflüssigkeit zu verdünnen und ihre Viskosität zu verringern.

   Oo Bohrlochpumpanlage aus einer Kette Von Saugstangen; einer gegenStrömungsmittel angedichtete Rohrleitung, die in einem Bohrloch angebracht werden kann, in dem sie sich von dessen G-rundabschnitt zur Erdoberfläche erstreckt, wobei die Saugstangenkette in der Rohrleitung auf- und abwärtsbewegbar angeordnet ist und die Rohrleitung als Gehäuse wirkt, das die Saugstangenkette von der Bohrlochflüssigkeit isoliert, wodurch diese die Auf- und Abwärtsbewegung der Saugstangenkette nicht behindern kann; einer am unteren Ende der Rohrleitung angebrachten Pumpenanordnung, die in das Lager der zu fördernden Bohrlochflüssigkeit hinabhängt und eine erste Strömungsmittelkammer bildet, die durch einen Strömungsmittelkanal in Strömungsverbindung mit einer zweiten Strömungsmittelkammer steht, wobei der Kanal sich von einem oberen Punkt, der in Strömungsverbindung mit der ersten Kammer steht, abwärts zu einem unteren Punkt erstreckt,

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   der in Strömungsverbindung mit der zweiten Kammer steht , und die erste und die zweite Kammer eine Verdrängungs- bzw. die Bohrlochflüssigkeit aufnehmen, so daß sich zwischen den Flüssigkeiten im Kanal eine Trennstelle ausbildet und wobei die zweite Kammer eine Einlaß- und eine Auslaßöffnungsvorrichtung aufweist, die nur den Zu- bzw. Abgang von Flüssigkeit zulassen; einer in der ersten Kammer auf- und abbewegbar angeordneten Kolbenvorrichtung, um das wirksame Volumen der ersten Kammer zu vergrößern und zu verringern und in ihr den Trennstellenbereich zwischen Verdrängungs- und Bohrlochflüssigkeit auf- und abzubewegen, so daß die Verdrängungsflüssigkeit als Kolben wirkt, der Bohrlochflüssigkeit in die Einlaßöffnungsvorrichtung hinein und aus der Auslaßöffnungseinrichtung hinaus pumpt; einer Vorrichtung, die den Auslaßpunkt der Auslaßöffnungsvorrichtung der Pumpenanordnung von der lagerstätte isoliert und die Auslaßöffnungseinrichtung strömungsmäßig· mit der Erdoberfläche verbindet, so daß die aus der Auslaßöffnungsvorrichtung austretende Bohrlochflüssigkeit an die Erdoberfläche gefördert wird; einer Vorrichtung, die die Kolbenvorrichtung mit der Saugstangenkette verbindet, wodurch die Saugstangenkette die Kolbenvorrichtung antreibt; einer Versorgungsanlage für Verdrängungsflüssigkeit, die mit der ersten Kammer verbunden ist

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   und sie mit Verdrängungsflüssigkeit versorgt, um den Trennstellenbereich zwischen Verdrängungs- und Bohrlochflüssigkeit in dem Strömungskanal aufrechtzuerhalten, und einer Antriebsmaschine, die die Saugstangenkette zur Auf- und Abbewegung und somit zum Antrieb der Kolbenvorrichtung antreibt.

   11. Bohrlochpumpanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenanlage eine Gasauffangkamnier aufweist, die über und in Stromungsverbindung mit dem oberen Ende des Strömungskanals angeordnet ist, um Gas, das sich aus der Bohrlochflüssigkeit entwickelt, aufzufangen, wobei eine ventilgesteuerte Leitung vorgesehen ist, die das aufgefangene Gas von der Gasauffangkammer zu einem Punkt der zweiten Kammer leitet, der an der Auslaßöffnungseinrichtung liegt, so daß das Gas zusammen mit der Bohrlochflüssigkeit aus der zweiten Kammer ausgepumpt wird, wobei die Strömung des Gases in der ventilgesteuerten Leitung in Abhängigkeit von dem Druck des durchströmenden Gases sowie von den Drücken in der Gasauffangkammer und der zweiten kammer erfolgt.

   12. Bohrlochpumpanlage nach Anspruch 1Ü oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Bohrlochflüssigkeit sn;^

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   ein hochviskoses Rohöl und bei der Verdrängungsflüssigkeit um Kerosen handelt und daß eine Flüssigkeitseinspritzvorrichtung vorgesehen ist, die sieh in das zu fördernde Sohöl hineinerstreckt und gesteuerte Mengen einer Verdünnungsilüssigkeit in das hochviskose Sohöl einführt, um dieses zu verdünnen und seine Viskosität zu verringern.

   13. Böhrloehpumpe zum Fördern der Bohrlochflüssigkeit von einer lagerstätte an der Bohrlochsohle an die üirdöberf lache, mit einer Anordnung zum Aufbau einer sich auf- und abwärtsbewegenden Trennstelle zwischen einer ,Verdrängungsflüssigkeit und der Flüssigkeit der Lagerstätte, wobei die sich hin*- und herbewe_eende Flüssigkeitstrennstelle als Kolben wirkt, der die Bohrlochflüssigkeit verdrängt, einer Vorrichtung, die eine Ausläßöffnung bildet, die Flüssigkeit an einem vorbestimmten Punkt ausstößt, der in Strömungsverbindung mit der Erdoberfläche steht, einer Vorrichtung, die die Augrlaßöffnung von der Lagerstätte isoliert, und einer Vorrichtung, die die verdrängte Bohrlochflüssigkeit zur Auslaßöffnung leitet, so daß die Bohrlochflüssigkeit durch die sich hin- und herbewegende Trennstelle durch die Auslaßöffnung hindurch an die Bohrlochoberfläche gepumpt wird.

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   He Pumpe nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsflüssigkeit mit der Bohrlochflüssigkeit mischbar ist.

   15. Pumpe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Verdrängungsflüssigkeit geringer ist als die der Bohrlochflüssigkeit.

   16. Pumpe nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsflüssigkeit nichtaggressive und die Bohrlochflüssigkeit aggressiv ist ο

   17· Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit aus einer Lagerstätte über Leitungen zu einem entfernt gelegenen Punkt,
   wonach man zwischen einer mit der Flüssigkeit mischbaren
   Verdrängungsflüssigkeit und der Flüssigkeit selbst eine
   sich hin- und herbewegende Trennstelle aufbaut, die als Kolben wirkt, der die verdrängte Flüssigkeit durch die Leitung drückt.

   18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Verdrängungsflüssigkeit geringer ist als die der verdrängten Flüssigkeit.

   19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der verdrängten Flüssigkeit u# hochviskoses

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   Rohöl und bei der Verdrängungsflüssigkeit um Keroaen handelt.

   2Oe Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsflüssigkeit aggressiv und die verdrängte Flüssigkeit aggressiv ist.

   21. Verfahren zum Fördern von Rohöl aus einer Rohöllagerstätte, die eine hochviskose strömungsfähige Mischung aus Rohöl und Verunreinigungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man die strömungsfähige Mischung ohne Trennung an die Bohrlochoberflache pumpt.

   22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Verunreinigungen etwa 60 # der strömungsfähigen Mischung ausmacht..

   23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Verunreinigungen der strömungsfähigen Mischung band ist.

   Cl/Bre

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