DE10261079A1

DE10261079A1 - Tauchpumpvorrichtung, magnetische Kopplung hierfür und Verfahren zum Pumpen

Info

Publication number: DE10261079A1
Application number: DE10261079A
Authority: DE
Inventors: Grigory L Arauz; Steven E Buchanan
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: DE10261079B4; CA2651809C; US20050089419A1; CA2627996C; US6863124B2; CA2651809A1; CA2414691A1; CA2627996A1; CA2414691C; CA2651812A1; US20030132003A1; CA2651812C

Abstract

Tauchpumpvorrichtung für ein Bohrloch (20), mit einem Motor (14), einer Motorwelle, die vom Motor drehend angetrieben wird und wenigstens einen Permanentmagnet (52) aufweist, einer Pumpe (12), einer Pumpenwelle, die wenigstens einen Permanentmagnet (66) aufweist, wobei die Motorwelle und die Pumpenwelle so angeordnet sind, daß der wenigstens eine Permanentmagnet (52) der Motorwelle magnetisch mit dem wenigstens einen Permanentmagneten (66) der Pumpenwelle gekoppelt ist, so daß eine Drehung der Motorwelle eine Drehung der Pumpenwelle verursacht, wobei sich der Motor (14) und die Pumpe (12) im Bohrloch (20) befinden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tauchpumpvorrichtung für ein Bohrloch, eine magnetische Kopplung für die Tauchpumpvorrichtung sowie ein Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeiten in einem Bohrloch.
Beim Fördern von Erdöl und anderen Flüssigkeiten aus Förderbohrungen ist es bekannt, eine Tauchpumpvorrichtung, beispielsweise eine elektrische Tauchpumpvorrichtung (electric submersible pumping system ESP) zu verwenden, um in einem Bohrloch angesammelte Flüssigkeiten zu fördern. Üblicherweise gelangen die Flüssigkeiten durch Perforationen in einer Verrohrung, die benachbart zu einer Formation verläuft, in das Bohrloch. Die in der Formation enthaltenen Flüssigkeiten sammeln sich im Bohrloch und können mit der Tauchpumpvorrichtung an einen Sammelpunkt auf der Erdoberfläche gefördert werden, Tauchpumpvorrichtungen können ebenfalls dazu verwendet werden, die Flüssigkeiten von einer Zone zu einer anderen zu bewegen.
Eine Tauchpumpvorrichtung besteht üblicherweise aus einem Motorabschnitt, einem Pumpenabschnitt und einer Schutzeinrichtung. Derzeitige Motorkonstruktionen benötigen sauberes Öl, nicht nur, um magnetische Verluste zu minimieren, sondern auch, um eine geeignete Schmierung der hydrodynamischen Lager, die einen Rotor stützen, sicherzustellen. Eine Verschmutzung des sauberen Öls führt zu einem Kurzschluß. Dies ist eine der häufigsten Ursachen, die zum Ausfall elektrischer Motoren in Tauchpumpvorrichtungen führen.
Die Schutzeinrichtung eines typischen Tauchpumpsystems umfaßt eine aufwendige Dichtung, die dazu dient, die Umgebung mit dem sauberen Öl von den Flüssigkeiten im Bohrloch zu trennen. Ein Ende der Schutzeinrichtung ist zum Bohrloch hin offen, während das andere Ende mit dem Inneren des Motors verbunden ist. Bekannte Schutzeinrichtungen erfüllen den Zweck, eine Sperre zwischen dem Motoröl und der Flüssigkeit im Bohrloch zu bilden. Temperaturänderungen, mechanische Dichtungsausfälle, Verschleiß oder Kalk können zu einer Fehlfunktion der Schutzeinrichtung führen. Eine derartige Fehlfunktion führt dazu, daß die Flüssigkeit im Bohrloch den Motor erreicht, was zu einem elektrischen Kurzschluß führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Tauchpumpsystem für ein Bohrloch, eine magnetische Kopplung für das Tauchpumpsystem sowie ein Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeiten in einem Bohrloch zu schaffen, bei denen Flüssigkeit im Bohrloch nicht in den Motor eindringen kann.
Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 1, 13, 18, 24, 34 und 41 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Tauchpumpvorrichtung in einem Bohrloch.
Fig. 2 zeigt eine magnetische Kopplung.
Fig. 3 zeigt ein Ende der magnetischen Kopplung in Draufsicht.
Fig. 4 zeigt ein Ende einer weiteren magnetischen Kopplung in Draufsicht.
Fig. 5 zeigt einen motorseitigen Rotor und einen pumpenseitigen Rotor der magnetischen Kopplung.
Fig. 6, 7, 8 und 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Motors für eine Tauchpumpvorrichtung, der eine Wärmeausdehnung des Motoröls gestattet.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform einer magnetischen Kopplung mit einer Vielzahl von Permanentmagneten.
Fig. 11, 12 und 13 zeigen jeweils eine Ausführungsform einer Zwischenlageranordnung einer magnetischen Kopplung.
Fig. 14 zeigt einen Motor für die Tauchpumpvorrichtung, bei dem die magnetische Kopplung mit dem Motor und der Schutzeinrichtung integriert ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Tauchpumpvorrichtung, z. B. eine elektrische Tauchpumpvorrichtung mit einer abgedichteten Motoreinrichtung 10, kann abhängig von der vorgesehenen Verwendung, eine Vielzahl verschiedener Komponenten aufweisen. Die abgedichtete Motoreinrichtung 10 umfaßt mindestens eine Pumpe 12 und einen abgedichteten Motor 14, die in Flüssigkeit eintauchbar sind.
Die Tauchpumpvorrichtung ist zum Herablassen in eine Bohrung 16 in einer geologischen Formation 18 mit zu fördernden Flüssigkeiten, z. B. Erdöl, ausgestaltet. In einer typischen Anwendung wird ein Bohrloch 20 gebohrt und mit einer Verrohrung 24 ausgelegt. Die Tauchpumpvorrichtung wird bis zu einer gewünschten Position in das Bohrloch 20 herabgelassen, um Flüssigkeiten aus dem Bohrloch 20 heraufzupumpen.
Die Motoreinrichtung 10 umfaßt eine Vielzahl zusätzlicher Komponenten. Eine Schutzeinrichtung 26 dient der Übertragung eines vom Motor 14 erzeugten Drehmoments auf die Pumpe 12. Die Schutzeinrichtung 26 umfaßt Schublager, die zum Aufnehmen der in der Pumpe 12 erzeugten Schublasten ausgestaltet sind. Die Motoreinrichtung 10 umfaßt ferner einen Einlaß 28, durch welchen Flüssigkeiten in die Pumpe 12 eingesaugt werden.
Die Tauchpumpvorrichtung umfaßt ferner einen Verbindungs- oder Förderkopf 30, über welchen sie mit einer Ablaßeinrichtung 32 verbunden ist. Die Ablaßeinrichtung 32 kann ein Kabel, eine Schlauchleitung oder eine Förderleitung umfassen. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Ablaßeinrichtung 32 eine Förderleitung 34, durch welche die Flüssigkeiten im Bohrloch in eine andere Zone oder an die Erdoberfläche gepumpt werden. Ein Stromversorgungskabel 36 ist entlang der Ablaßeinrichtung 32 angeordnet und zu einem Anschlußkopf 38 im Gehäuse des Motors 14 geführt, um diesen mit Strom zu versorgen. In einer Ausführungsform ist der Anschlußkopf 38 eine glasabgedichteter Anschlußkopf.
Zwischen dem Motor 14 und der Schutzeinrichtung 26 kann eine magnetische Kopplung 40 angeordnet sein. Die magnetische Kopplung 40 gestattet eine Übertragung eines Drehmoments, das vom Motor 14 erzeugt wird, auf die Schutzeinrichtung 26 und die Pumpe 12, während der Motor 14 in einem getrennten, abgedichteten Gehäuse verbleibt. Die magnetische Kopplung 40 macht somit eine mechanische Wechselwirkung zwischen einer Motorwelle und einer Welle der Schutzeinrichtung 26 oder der Pumpe 12 entbehrlich. Das vom Motor 14 erzeugte Drehmoment wird an die Schutzeinrichtung 26 und die Pumpe 12 über magnetische Felder übertragen, die durch das abgedichtete Motorgehäuse hindurch wirken.
Die in Fig. 2 und 3 längs- bzw. quer dargestellte magnetische Kopplung 40 umfaßt ein motorseitiges Gehäuse 42 und ein pumpenseitiges Gehäuse 44. Das motorseitige Gehäuse 42 ist derart am Motorgehäuse 46 des Motors 14 befestigt, daß der Motor 14 gegenüber den ihn umgebenden Flüssigkeiten im Bohrloch 20 abgedichtet ist. In einer Ausführungsform kann das motorseitige Gehäuse 42 durch Schweißstellen 48 am Motorgehäuse 46 befestigt sein.
Eine motorseitige Welle 50 erstreckt sich durch das motorseitige Gehäuse 42. Die motorseitige Welle 50 wird vom Motor 14 drehend angetrieben. In einer typischen Ausführungsform ist die motorseitige Welle 50 an der Motorwelle (nicht dargestellt) befestigt. In Ringen angeordnete Permanentmagnete 52 sind über einen motorseitigen Rotor 54 an der motorseitigen Welle 50 montiert. Die Permanentmagnete 52 drehen sich zusammen mit der motorseitigen Welle 50.
Am oberen Ende 56 des motorseitigen Gehäuses 42 ist eine dünnwandige Kappe 58 befestigt. Die Kappe 58 bedeckt die motorseitige Welle 50 sowie die in Ringen angeordneten, an dieser befestigten Permanentmagnete 52. Die Kappe 58 ist derart mit dem motorseitigen Gehäuse 42 verbunden, daß der Motor 14 abgedichtet ist. Beispielsweise kann die Kappe 58 durch Schweißstellen 60 mit dem motorseitigen Gehäuse 42 verbunden sein.
Die Kappe 58 kann aus einem nicht magnetischen Material hoher Stärke hergestellt sein, beispielsweise aus Hastelloy oder Titan. Um hohe Wirbelstromverluste zu vermeiden, kann die Kappe 58 aus einem nichtleitenden hochleistungsfähigen zusammengesetzten Material hergestellt sein, wie z. B. kohlenstoffverstärktem PEEK.
Eine pumpenseitige Welle 62 erstreckt sich durch das pumpenseitige Gehäuse 44. In einer typischen Ausführungsform ist die pumpenseitige Welle 62 mit der nicht dargestellten Pumpenwelle verbunden. Ein pumpenseitiger Rotor 64, der daran befestigte Permanentmagnete 66 aufweist, ist mit dem bodenseitigen Ende der pumpenseitigen Welle verbunden. Eine Drehung des pumpenseitigen Rotors 64 führt zu einer Drehung der pumpenseitigen Welle 62 und folglich der Pumpenwelle.
Die Permanentmagnete 52, 66 können aus Werkstoffen mit einer hohen magnetischen Energiedichte hergestellt sein, wie z. B. Neodym-Eisen-Bor oder Samarium-Kobalt. Die Permanentmagnete 52, 66 liegen eng aneinander und die Entfernung zur Kappe 58 ist gering, um magnetische Verluste zu verringern. In den in Draufsicht in Fig. 4 und perspektivisch in Fig. 5 gezeigten Rotoren 54, 64 sind die Permanentmagnete 52, 66 von dünnen metallischen Hülsen 53, 67 umschlossen, um einen mechanischen und Korrosionsschutz bereitzustellen. Die Hülsen 53, 67 können aus einem dünnen, nicht magnetischen Material hergestellt sein und erzeugen keine Wirbelstromverluste, da keine Bewegung relativ zu den Permanentmagneten 52, 56 stattfindet.
Die Permanentmagnete 52 im motorseitigen Gehäuse 42 wirken zusammen mit den Permanentmagneten 66 im pumpenseitigen Gehäuse 44, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das eine synchrone Übertragung der Drehbewegung von der motorseitigen Welle 50 auf die pumpenseitige Welle 62 gestattet.
Während die motorseitige Welle 50 durch den Motor 14 gedreht wird, dreht sich der motorseitige Rotor 54 zusammen mit den daran befestigten Permanentmagneten 52. Da die Permanentmagneten 52 des motorseitigen Rotors 54 magnetisch mit den Permanentmagneten 66 des pumpenseitigen Rotors 64 verlbunden sind, wird der pumpenseitige Rotor 64 in eine Drehbewegung versetzt, was zu einer Drehung der pumpenseitigen Welle 62 und der daran befestigten Pumpenwelle führt. Das magnetische Feld erstreckt sich durch die dünnwandige Kappe 58, so daß eine mechanische Verbindung zwischen der motorseitigen Welle 50 und der pumpenseitigen Welle 62 nicht erforderlich ist. Hierdurch kann der Motor 14 vollständig abgedichtet sein.
Da die magnetische Kopplung 40 eine kontaktlose Kopplung ist, ist die Dynamik der motorseitigen Komponenten von den pumpenseitigen Komponenten isoliert. Daher werden dynamische oder Vibrationsprobleme, die gegebenenfalls im Motor 14 vorhanden sind, nicht auf die Pumpe 12 übertragen, und umgekehrt.
Obwohl die magnetische Kopplung 20 zum Betrieb keine spezielle Flüssigkeit erfordert, können gegebenenfalls vorhandene Feststoffe im schmalen Spalt 68 zwischen der Kappe 58 und dem pumpenseitigen Rotor 64 eine zusätzliche Reibung erzeugen, die die Leistungsfähigkeit der magnetischen Kopplung 40 beeinträchtigt. Da die Komponenten der magnetischen Kopplung 40, die im pumpenseitigen Gehäuse 44 angeordnet sind, wahrscheinlich Flüssigkeiten im Bohrloch ausgesetzt werden, ist ein metallisches Sieb 70 oder ein anderes Sieb oder Gitter vorgesehen, um zu verhindern, daß Festkörper den Spalt 68 in der magnetischen Kopplung 40 erreichen.
Dieses Problem tritt im motorseitigen Gehäuse 42 nicht auf. Das motorseitige Gehäuse 42 ist mit sauberem Öl 72 gefüllt und gegenüber den umgebenden Flüssigkeiten im Bohrloch 20 abgedichtet, um eine Kontaminierung zu verhindern. Allerdings kann eine gute Zirkulation des Öls 72 erforderlich sein, um Hitze von der magnetischen Kopplung 40 abzuführen.
Der in Fig. 6 gezeigte Motors 14 gestattet eine Temperaturausdehnung des Öls 72. Eine derartige Ausdehnung wird, wie dargestellt, durch eine unter Druck stehende Ausdehnungskammer 74 aufgenommen, die mit dem Boden 76 des Motors 14 verbunden ist. Ein Kanal 78 für Flüssigkeiten erstreckt sich durch den Boden 76, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Motor 14 und der Ausdehnungskammer 74 zu gestatten.
In der Ausdehnungskammer 74 ist ein dehnbares Element 80, beispielsweise eine gummiartige Tasche, angeordnet und am Boden 76 des Motors 14 befestigt. Das dehnbare Element 80 wird von unter Druck stehendem Gas 82 umgeben, während sein Inneres 84 durch den Kanal 78 mit dem Öl 72 in Verbindung steht. In kaltem Zustand hält der Druck des Gases 82 das dehnbare Element 80 in seinem komprimiertem Zustand. Wenn die Temperatur steigt, übersteigt die Temperaturausdehnung des Öls 72 den Druck des Gases 82, so daß das dehnbare Element 82 sich ausdehnt.
Fig. 7 zeigt einen weiteren Motor 14, bei dem eine Temperaturausdehnung des Öls 72 möglich ist. Hier wird die Temperaturausdehnung durch einen metallischen Faltenbalg 86 aufgenommen, der in der unter Druck stehenden Ausdehnungskammer 74 angeordnet ist, die am Boden 76 des Motors 14 befestigt ist.
Motorseitig ist der Balg 86 dem Öl 72 ausgesetzt. Auf der anderen Seite ist der Balg 86 über einen Einlaß 88 für Flüssigkeit aus dem Bohrloch dieser Flüssigkeit ausgesetzt. Ein Metallsieb 90 ist in der Nähe des Einlasses 88 angeordnet, um zu verhindern, daß große Verunreinigungen die Falten des Balgs 86 behindern.
Der Balg 86 dehnt sich in Reaktion auf den Flüssigkeitsdruck des Öls 72 und der Flüssigkeit im Bohrloch 20 aus oder wird zusammengedrückt, so daß der Druck ausgeglichen wird. Somit minimiert der Balg 86 die auf die Komponenten des Motors 14 aufgrund des Flüssigkeitsdrucks effektiv wirkenden Kräfte.
Fig. 8 zeigt schematisch einen weiteren Motor 14 mit einem Balg 86, der eine Wärmeausdehnung des Öls 72 gestattet. Hier ist eine Ausdehnungskammer 75 mit dem Boden 76 des Motors 14 verbunden. Ein Kanal 78 für Flüssigkeit erstreckt sich durch den Boden 76, um eine Verbindung zwischen dem Motor 14 und der Ausdehnungskammer 75 zu bilden.
In der Ausdehnungskammer 75 ist der Balg 86 angeordnet. Die Ausdehnungskammer 75 schützt den Balg 86 vor den umgebenden Flüssigkeiten im Bohrloch 20, so daß das Äußere des Balgs 86 nur in Kontakt mit dem Öl 72 ist, das in dem Motor 14 enthalten ist. Das Innere des Balgs 86 ist mit sauberem Öl 73 gefüllt.
Ein dehnbares Element 80 ist am Boden des Balgs 86 derart befestigt, daß das Innere des dehnbaren Elements 80 mit dem sauberen Öl 73, das im Inneren des Balgs 86 enthalten ist, in Verbindung steht. Das Äußere des dehnbaren Elements 80 steht in Verbindung mit den umgebenden Flüssigkeiten im Bohrloch 20.
Der Balg 86 dehnt sich in Reaktion auf den Flüssigkeitsdruck des Öls 72, 73 und den Flüssigkeitsdruck der umgebenden Flüssigkeit im Bohrloch 20, die auf das Äußere des dehnbaren Elements 80 wirkt, aus oder wird zusammengedrückt. Auf diese Weise gleicht der Balg 86 den Druck aus. Somit minimiert der Balg 86 die auf die Komponenten des Motors 14 aufgrund des Flüssigkeitsdrucks effektiv wirkenden Kräfte.
Eine weitere, eine Temperaturausdehnung des Öls 72 ermöglichende Ausgestaltung des Motors 14 ist in Fig. 9 gezeigt. Hier wird die Temperaturausdehnung durch einen Kolben 92 aufgenommen, der in der unter Druck stehenden Ausdehnungskammer 74 angeordnet ist, die am Boden 76 des Motors 14 befestigt ist.
Motorseitig ist der Kolben 92 dem Motoröl 72 ausgesetzt. Auf der anderen Seite ist der Kolben 92 über den Einlaß 88 der Flüssigkeit im Bohrloch 20ausgesetzt. Ein Metallsieb 90 ist in der Nähe des Einlasses 88 vorgesehen, um zu verhindern, daß große Verunreinigungen die Wirkung des Kolbens 92 behindern.
Der Kolben 92 ist zum Bewegen in Reaktion auf den Flüssigkeitsdruck des Öls 72 und der Flüssigkeit im Bohrloch 20 ausgestaltet, so daß er den Druck wirksam ausgleichen kann. Somit minimiert der Kolben 92 die auf die Komponenten des Motors 14 aufgrund des Flüssigkeitsdrucks effektiv wirkenden Kräfte.
Der Motor 14 kann statt mit Öl 72 auch mit Gas gefüllt sein. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit für die Ausdehnungskammer 74. Verwendung von Gas anstelle von Öl 72 macht gasdichtes oder Flutlager erforderlich.
Da der Durchmesser der magnetischen Kopplung 40 durch die Größe des Bohrlochs 20 begrenzt ist muß, um die von der abgedichteten Motoreinrichtung 10 übertragbare Leistung zu erhöhen, die Länge der magnetischen Kopplung 40erhöht werden. Fig. 10 zeigt eine derartige verlängerte Ausführungsform, in welcher die magnetische Kopplung 40 eine Vielzahl von Permanentmagneten 52, 66 aufweist, die entlang der motorseitigen Welle 50 montiert sind.
Die dargestellte magnetische Kopplung 40 umfaßt wiederum ein motorseitiges Gehäuse 42 und ein pumpenseitiges Gehäuse 44. Das motorseitige Gehäuse 42 ist am Motor 14 beispielsweise durch Schweißen so befestigt, daß sichergestellt ist, daß der Motor 14 gegenüber den umgebenden Flüssigkeiten im Bohrloch 20 abgedichtet bleibt.
Die motorseitige Welle 50 erstreckt sich durch das motorseitige Gehäuse 42 und wird vom Motor 14 drehend angetrieben. Eine Vielzahl von in Ringen angeordneten Permanentmagneten 52 ist mittels eines motorseitigen Rotors 54 an der motorseitigen Welle 50 montiert.
Die dünnwandige Kappe 58 ist am oberen Ende 56 des motorseitigen Gehäuses 42 befestigt. Die Kappe 58 bedeckt die motorseitige Welle 50 sowie die Vielzahl der Permanentmagneten 52, die daran in Ringen befestigt sind. Die Kappe 58 ist derart mit dem motorseitigen Gehäuse 42 verbunden, daß der Motor 14 abgedichtet bleibt. Die Kappe 58 kann beispielsweise durch Schweißstellen 60 mit dem motorseitigen Gehäuse 42 verbunden sein.
Die Kappe 58 kann aus einem nicht magnetischen Material hoher Stärke hergestellt sein, beispielsweise aus Hastelloy oder Titan. Um hohe Wirbelstromverluste zu vermeiden, kann die Kappe 58 aus einem nichtleitenden hochleistungsfähigen zusammengesetzten Material hergestellt sein, wie z. B. kohlenstoffverstärktem PEEK.
Die pumpenseitige Welle 62 erstreckt sich durch das pumpenseitige Gehäuse 44. Der pumpenseitige Rotor 64, der eine Vielzahl von in Ringen angeordneten, an ihm befestigten Permanentmagneten 66 aufweist, ist am Boden der pumpenseitigen Welle 62 befestigt. Die Vielzahl der am pumpenseitigen Rotor 64 befestigten Permanentmagneten 66 ist an derselben axialen Stelle angeordnet, wie die Vielzahl der am motorseitigen Rotor 54 befestigten Permanentmagneten 52.
Die Vielzahl der Permanentmagneten 52 im motorseitigen Gehäuse 14 erzeugt zusammen mit der Vielzahl der Permanentmagneten 66 im pumpenseitigen Gehäuse 44 ein magnetisches Feld, das die synchrone Übertragung der Drehbewegung von der motorseitigen Weile 50 auf die pumpenseitige Welle 62 ermöglicht.
Während die motorseitige Welle 50 durch den Betrieb des Motors 14 gedreht wird, dreht sich der motorseitige Rotor 54 zusammen mit den Permanentmagneten 52. Da die Permanentmagnete 52 des motorseitigen Rotors 54 magnetisch mit den Permanentmagneten 66 des pumpenseitigen Rotors 64 verbunden sind, wird der pumpenseitige Rotor 64 in eine Drehbewegung versetzt, was zu einer Drehung der pumpenseitigen Welle 62 und der daran befestigten Pumpenwelle führt. Das magnetische Feld erstreckt sich durch die dünnwandige Kappe 58, so daß eine mechanische Verbindung zwischen der motorseitigen Welle 50 und der pumpenseitigen Welle 62 nicht erforderlich ist. Hierdurch kann der Motor 14 vollständig abgedichtet sein.
Die magnetische Kopplung 40 der abgedichteten Motoreinrichtung 10 ist normalerweise an einem Ende von einem hydrodynamischen Lager gestützt, beispielsweise einem einfachen Achslager. Wo es der Platz erlaubt, können auch Pendel-, Ovalloch- und Versatzlager vorteilhaft verwendet werden.
Eine Vergrößerung der Länge der magnetischen Kopplung 40, um höheren Lei tungsanforderungen der abgedichteten Motoreinrichtung 10 gerecht zu werden, kann ein oder mehrere Zwischenlageranordnungen 94 erforderlich machen, damit die dynamische Stabilität der magnetischen Kopplung 40 erhöht wird. In einer Ausführungsform können, wenn es der Platz erlaubt, Pendel-, Ovalloch- und Versatzlager vorteilhaft als Zwischenlageranordnungen 94 verwendet werden.
Die Zwischenlageranordnungen 94 können wie in Fig. 11 ausgestaltet sein. Hier bestehen die Zwischenlageranordnungen 94 aus drei Zwischenlagern 96, 98, 100.
Das erste Zwischenlager 96 ist zwischen der drehbaren motorseitigen Welle 50 und der feststehenden Kappe 58 angeordnet. Eine feststehende Hülse 97b des ersten Zwischenlagers 96 ist an der Kappe 58 befestigt, während eine drehbare Innenfläche 97a benachbart zur motorseitigen Welle 50 angeordnet ist.
Das zweite Zwischenlager 98 ist zwischen der feststehenden Kappe 58 und dem drehbaren pumpenseitigen Rotor 64, der mit der pumpenseitigen Welle 62 verbunden ist, angeordnet. Das zweite Zwischenlager 98 ist konzentrisch zum ersten Zwischenlager 96 und an derselben axialen Stelle angeordnet. Eine feststehende Hülse 99a des zweiten Zwischenlagers 98 ist mit der Kappe 58 verbunden, während seine drehbare Außenfläche 99b benachbart zum pumpenseitigen Rotor 64 angeordnet ist.
Das dritte Zwischenlager 100 ist zwischen dem drehbaren pumpenseitigen Rotor 64 und dem feststehenden pumpenseitigen Gehäuse 44 angeordnet. Das dritte Zwischenlager 100 besteht aus einer feststehenden Hülse 101b, die am pumpenseitigen Gehäuse 44 befestigt ist, und einer drehbaren Innenfläche 101a benachbart zum pumpenseitigen Rotor 64.
In der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform ist das dritte Zwischenlager 100 an derselben axialen Stelle angeordnet, wie das erste und das zweite Zwischenlager 96, 98. Das dritte Zwischenlager 100 kann statt dessen an einer beliebigen Stelle entlang dem pumpenseitigen Rotor 64 angeordnet sein. Ein derartiges Beispiel ist in Fig. 12 gezeigt.
Eine weitere Ausführungsform einer Zwischenlageranordnung 94 wird mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben. Hier wird die Stabilität der magnetischen Kopplung 40 dadurch erhöht, daß eine elliptische Oberfläche in der Kappe 58 erzeugt wird. Die elliptische Form in der Kappe 58 kann dadurch erreicht werden, daß ein Lager 102 verwendet wird, das ein elliptisches Loch 104 aufweist, das in einen Lagerabschnitt 106, der mit der Kappe 58 in Berührung ist, gebohrt ist. Die elliptische Form der Kappe 58 entfaltet eine stabilisierende Wirkung, vergleichbar mit hydrodynamischen Lagern, die die Stabilität erhöhen (z. B. Pendel-, Ovalloch-, Versatzlager).
Bei der in Fig. 14 schematisch dargestellten abgedichteten Motoreinrichtung 10 ist die magnetische Kopplung 40 in den Motor 14 und die Schutzeinrichtung 26 integriert. Die internen Komponenten der magnetischen Kopplung 40 sind wie vorstehend beschrieben ausgestaltet, allerdings nicht in einem separaten Gehäuse für die Kopplung angeordnet. Vielmehr sind die internen Komponenten in dieser Ausführungsform im unteren Abschnitt eines Gehäuses 108 der Schutzeinrichtung und dem oberen Abschnitt des Motorgehäuses 46 angeordnet. Somit kann das Motorgehäuse 46 direkt am Gehäuse 108 befestigt werden.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß das Drehmoment durch die Komponenten der magnetischen Kopplung 40 direkt von der Motorwelle 110 auf die Welle der Schutzeinrichtung 112 übertragen wird.
Auf die Schutzeinrichtung 26 kann auch gänzlich verzichtet werden, wenn die Schublast entweder im Motor 14 oder in der Pumpe 12 aufgenommen wird. In diesem Fall kann der Motor 14 direkt an der Pumpe 12 befestigt werden.

Claims

1. Tauchpumpvorrichtung für ein Bohrloch (20), mit einem Motor (14), einer Motorwelle, die vom Motor drehend angetrieben wird und wenigstens einen Permanentmagnet (52) aufweist, einer Pumpe (12), einer Pumpenwelle, die wenigstens einen Permanentmagnet (66) aufweist, wobei die Motorwelle und die Pumpenwelle so angeordnet sind, daß der wenigstens eine Permanentmagnet (52) der Motorwelle magnetisch mit dem wenigstens einen Permanentmagneten (66) der Pumpenwelle gekoppelt ist, so daß eine Drehung der Motorwelle eine Drehung der Pumpenwelle verursacht, wobei sich der Motor (14) und die Pumpe (12) im Bohrloch (20) befinden können.

2. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kappe (58), die zwischen dem wenigstens einen Permanentmagneten (52) der Motorwelle und dem wenigstens einen Permanentmagneten (66) der Pumpenwelle angeordnet ist.

3. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (58) eine Flüssigkeitsverbindung verhindert.

4. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (58) den Motor (14) gegen Flüssigkeiten im Bohrloch (20) abdichtet.

5. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Druck- und Volumenkompensationsvorrichtung, die am Motor (14) befestigt und zur Kompensation von Flüssigkeitsdruckveränderungen im Motor (14) ausgestaltet ist.

6. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- und Volumenkompensationsvorrichtung ein dehnbares Element (80) umfaßt, das in einer unter Druck stehenden Ausdehnungskammer (74) angeordnet ist.

7. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- und Volumenkompensationsvorrichtung einen Balg (86) umfaßt.

8. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- und Volumenkompensationsvorrichtung einen Kolben (92) umfaßt.

9. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- und Volumenkompensationsvorrichtung einen Balg (86) umfaßt, der an einem dehnbaren Element (80) befestigt ist, wobei das dehnbare Element (80) eine mit der Flüssigkeit im Bohrloch (20) in Verbindung bringbare Außenoberfläche aufweist.

10. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Zwischenlager (96), das zwischen der Motorwelle und der Kappe (58) angeordnet ist.

11. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Zwischenlager (98), das zwischen der Kappe (58) und der Pumpenwelle angeordnet ist.

12. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Zwischenlager (100), das zwischen der Pumpenwelle und einem Außengehäuse (44) angeordnet ist.

13. Tauchpumpvorrichtung zum Herablassen in ein Bohrloch (20), mit einer Pumpe (12), die in eine Flüssigkeit eintauchbar ist und einem Motor (14), der in einem Gehäuse (44) angeordnet ist, das gegen eine Kontaminierung mit Flüssigkeiten im Bohrloch (20) abgedichtet und zum magnetischen Antreiben der Pumpe (12) ausgestaltet ist.

14. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine magnetische Kopplung (40), die zum Übertragen eines Drehmoments vom Motor (14) auf die Pumpe (12) ausgestaltet ist.

15. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Schutzeinrichtung (26), die zum Übertragen eines Drehmoments von der magnetischen Kopplung (40) auf die Pumpe (12) ausgestaltet ist.

16. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Schutzeinrichtung, die zum Übertragen eines Drehmoments auf die Pumpe (12) ausgestaltet ist.

17. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Schublager.

18. Tauchpumpvorrichtung mit einem Motor (14), einem Motorgehäuse (44), das zum Abdichten des Motors (14) gegenüber der Umgebung ausgestaltet ist, einer Pumpe (12), die in eine Flüssigkeit eintauchbar ist, und einer magnetischen Kopplung (40), die zum Übertragen eines Drehmoments zur Pumpe (12) über magnetische Felder, die durch das Motorgehäuse (44) wirken, ausgestaltet ist.

19. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse (44) eine dünnwandige Kappe (58) aufweist.

20. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (58) aus einem nicht magnetischen Material hoher Stärke hergestellt ist.

21. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (58) aus einem nicht leitenden zusammengesetzten Material hergestellt ist.

22. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht leitende zusammengesetzte Material kohlenstoffverstärktes PEEK ist.

23. Tauchpumpvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Kopplung (40) Rotoren (54, 64) aufweist, die einen oder mehrere Permanentmagneten (52, 66) aufweisen.

24. Magnetische Kopplung (40) für eine Tauchpumpvorrichtung, um ein Drehmoment von einem Motor (14) auf eine Pumpe (12) zum Pumpen von Flüssigkeiten in einem Bohrloch (20) zu übertragen, mit einem motorseitigen Gehäuse (44), das am Motor (14) befestigt ist, einer motorseitigen Welle (50), die durch den Motor (14) drehend angetrieben wird, einem motorseitigen Rotor (54), der an der motorseitigen Welle (50) befestigt ist und wenigstens einen daran befestigten Permanentmagneten (52) aufweist, einer schützenden Kappe (58), die mit dem motorseitigen Gehäuse (44) verbunden ist und zum Abdichten des Motors (14), der motorseitigen Welle (50) und des motorseitigen Rotors (54) gegenüber den umgebenden Flüssigkeiten im Bohrloch (20) ausgestaltet ist, einem pumpenseitigen Gehäuse (44), das an der Pumpe (12) befestigt ist, einer pumpenseitigen Welle (62), die zum Antreiben der Pumpe (12) ausgestaltet ist, und einem pumpenseitigen Rotor (64), der an der pumpenseitigen Welle (62) befestigt ist und wenigstens einen daran befestigten Permanentmagneten (66) aufweist, wobei der wenigstens eine Permanentmagnet (66), der an dem motorseitigen Rotor (64) befestigt ist, mit dem wenigstens einen Permanentmagneten (52), der mit dem pumpenseitigen Rotor (64) befestigt ist, zusammenwirkt, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das die Kappe (58) durchdringt, um eine Synchronübertragung eines Drehmoments von der motorseitigen Welle (50) auf die pumpenseitige Welle (62) zu ermöglichen.

25. Magnetische Kopplung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das motorseitige Gehäuse (42) am Motor (14) angeschweißt ist.

26. Magnetische Kopplung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Permanentmagnet (52) des motorseitigen Rotors (54) ringförmig angeordnet ist.

27. Magnetische Kopplung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (58) aus einem nicht magnetischen Material hoher Stärke hergestellt ist.

28. Magnetische Kopplung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (58) aus einem nicht leitenden zusammengesetzten Material hergestellt ist.

29. Magnetische Kopplung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Material kohlenstoffverstärktes PEEK ist.

30. Magnetische Kopplung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Permanentmagnet (52), der am motorseitigen Rotor (54) befestigt ist, von einer nicht magnetischen Hülse (53) umgeben ist.

31. Magnetische Kopplung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Permanentmagnet (66), der an dem pumpenseitigen Rotor (64) befestigt ist, von einer nicht magnetischen Hülse (67) umgeben ist.

32. Magnetische Kopplung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (14) mit sauberem Öl (72) gefüllt ist.

33. Magnetische Kopplung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Druck- und Volumenkompensationsvorrichtung, die am Motor (14) befestigt ist.

34. Magnetische Kopplung (40) für eine Tauchpumpvorrichtung, mit einem Motor (14) der gegenüber Flüssigkeiten in einem Bohrloch (20) durch ein schützendes Gehäuse (46) abgedichtet ist, einer Motorwelle im Gehäuse (46), an welcher eine Vielzahl von Magneten (52) befestigt ist, einer Pumpe (12) mit einem Pumpengehäuse, und mit einem Pumpenrotor (64), der außerhalb des schützenden Gehäuses (46) angeordnet ist und an dem eine Vielzahl von Permanentmagneten (66) befestigt ist, die magnetisch mit den an der Motorwelle befestigten Magneten (52) verbunden sind, wobei ein Drehen der Motorwelle ein Drehen des Pumpenrotors (64) verursacht.

35. Magnetische Kopplung nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch wenigstens eine Zwischenlageranordnung (94).

36. Magnetische Kopplung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zwischenlageranordnung (94) ein Pendellager umfaßt.

37. Magnetische Kopplung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zwischenlageranordnung (94) ein Ovallochlager umfaßt.

38. Magnetische Kopplung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zwischenlageranordnung ein Versatzlager umfaßt.

39. Magnetische Kopplung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Zwischenlageranordnung (94) ein elliptisches Lager umfaßt, das zum elliptischen Formen des schützenden Gehäuses ausgestaltet ist.

40. Magnetische Kopplung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zwischenlageranordnung (94) ein erstes Zwischenlager (96) zwischen der Motorwelle und dem schützenden Gehäuse, ein zweites Zwischenlager (98), das koaxial mit dem ersten Zwischenlager (96) zwischen dem schützenden Gehäuse und dem Pumpenrotor (64) angeordnet ist, und ein drittes Zwischenlager (100) zwischen dem Pumpenrotor (64) und dem Pumpengehäuse aufweist.

41. Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeiten in einem Bohrloch (20) mit einem abgedichteten Motor, bei dem ein gegenüber den Flüssigkeiten durch eine Kappe (58) abgedichteter Motor (14), eine zum Pumpen von Flüssigkeiten ausgestaltete und außerhalb der Kappe (58) angeordnete Pumpe (12) und eine magnetische Kopplung (40), die zum Übertragen eines vom Motor (14) erzeugten Drehmoments auf die Pumpe (12) durch Verwendung magnetischer Felder, die durch die Kappe (58) hindurch wirken, ausgestaltet ist, bereitgestellt werden.