DE3345233C2 - Exzenterschneckenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten aus Bohrlöchern, insbesondere aus Erdöl-Bohrlöchern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten aus Bohrlöchern, insbesondere aus Erdöl-Bohrlöchern, mit zumindest einem in einer Steigleitung eingebauten Stator, einer mit diesem Stator im Eingriff befindlichen, an einem Gestänge hängenden Exzenterschnecke und einer übererdigen Antriebs- und Lagereinheit, deren Antriebswelle über eine Drehmoment und Axialkraft übertragende Drehverbindung mit dem Gestänge verbunden ist.

Eine derartige Ausführungsform läßt sich der DE;AS 15 53 156 entnehmen. Hier sind zwei hintereinander angeordnete Exzenterschnecken vorgesehen, die untereinander über ein Universalgelenk verbunden sind, dcssen Außendurchmesser erheblich größer ist als der lichte Innendurchmesser der den Exzenterschnecken zugeordneten Statoren. Ist bei dieser Exzenterschneckenpumpe ein Rotor verschlissen, so muß das unter Umständen mehrere hundert Meter lange Gestänge ausgcbaut werden, während bei einem Verschleiß des Stators ein Ausbau sowohl des Steigrohres als auch des Gestänges erforderlich ist.

Der GB-PS 4 36 843 läßt sich die Anregung entnehmen, zur Erhöhung der Förderdrücke mehrerer Exzcn- -.erschneckenpumpen in Serie zu schalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Verschleiß von Rotor und/oder Stator die eingangs erläuterte Exzenterschneckenpumpe ohne Ausbau des Steigrohres und/oder des Gestänges wieder funktionsfähig zumachen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung geiöst durch zumindest einen mit dem genannten Stator in der Lotrechten fluchtenden Reserve-Stator, dem kein Rotor zugeordnet ist, und/oder durch zumindest einen in dem Gestänge eingebauten Reserve-Rotor, dem kein Stator zugeordnet ist.

Durch Anheben oder Absenken des Gestänges läßt sich dann der unterhalb oder oberhalb dieses Reserve-Stators befindliche Rotor in Eingriff mit dem Reservc-Stator bringen, wodurch das zuvor im Eingriff befindliche Paar Stator/Rotor getrennt wird. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, bei jedem Verschleiß eines Stators oder eines Rotors die gesamte Steigleitung und/oder das gesamte Gestänge ausbauen zu müssen.

Dabei wird es bei den meisten Ausführungsformen erforderlich sein, daß der größte Querschnitt des Gestänges sowie der Gestängeanschlüsse an den beiden Rotorenden innerhalb des lichten, in Projektion senkrecht zum Gestänge kreisförmigeri Querschnitts des

•to Stators liegt. Der Stator einer Exzenterschneckenpumpe weist in jeder Querschnittsebene einen lichten Querschnitt auf, der sich aus einem Quadrat bzw. Rechteck und zwei angesetzten Halbkreisflächen zusammensetzt. Jede Querschnittsfläche ist gegenüber den benachbarten Querschnittsflächen um eine mittlere Drehachse geringfügig verdreht. Allen Querschnittsflächen gemeinsam ist jedoch ein mittlerer kreisförmiger Bereich, durch den man hindurchsehen kann. Dieser, beim Hindurchsehen durch einen Stator erkennbare lichte kreisförmige Querschnitt ist vorstehend erwähnt. Der größte Durchmesser des Gestänges zwischen einem Rotor und eirem Reserve-Rotor darf einen Durchmesser von Rotordurchmesser minus 2 ■ Rotorexzentrizität nicht übersteigen, wobei der Rotordurchmesser im Bereich einer massiven Schneckenwindung gemessen wird.

Die vorstehend erläuterte bevorzugte Ausführungsform ermöglicht es, das Gestänge jeweils durch einen Stator hindurchzuschieben. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn der erforderliche Förderdruck nicht mehr nur durch eine einzige, sondern durch mehrere Fördereinheiten erzeugt werden soll, die entweder in relativ kurzen Abständen am tiefsten Punkt der Steigleitung, oder aber in mehr oder weniger gleichmäßigen Abständen über die gesamte Länge des Steigrohres vcrteilt als Druckerhöhungsstationen in Form einer Reihenschaltung angeordnet sein können.

Die exzentrische Bewegung der Rotoren wird jeweils durch die Biegeelastizität des Gestänges übertragen.

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Aufwendige Kupplungen (so ζ. B. in der Konstruktion gemäß DE-AS 15 53 156) bzw. Kardangelenkwellen können somit vermieden werden. Jedoch gehört eine derartige Konstruktion bereits zum Stand der Technik (DE-AS 19 28 318).

Die erfindungsgemäße Anordnung eines Reserve-Stators bzw. eines Reserve-Rotors erfordert ein Anheben oder Absenken des Gestänges. Hierfür ist es zweckmäßig, wenn difc Drehverbindung zwischen Antriebswelle und Gestänge eine Kupplung ist, die in jeder Höhenlage des oberen Gestängeendes gegenüber der Antriebsweile eine Drehverbindung zuläßt Hierdurch läßt sich der Rotor in seiner Höhenlage stufenlos und somit sehr exakt gegenüber dem zugeordneten Stator einstellen.

In einer zweckmäßigen Ausfühfungsform kann die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet sein, durch die das obere Gestängeende ragt, wobei zwischen Hohlwelle und Gestängeende eine Dichtung vorgesehen ist Die Übertragung des Drehmomentes sowie der Axialkraft von der horn ausgebildeten Antriebswelle auf das obere» zylindrisch ausgebildete Gestängeende erfolgt zweckmäßig durch eine Reibschlußverbindung, damit dzs obere Gestängeende in jeder beliebigen Position ohne Beschädigung festgehalten werden kann. Hierfür kann ein separates Klemmstück vorgesehen werden, das zur Hohlwelle hin eine formschlüssige Verbindung, z. B. in Form einer Paßfeder, einer Stimpaßfeder oder einer Art Klauenkupplung, zum oberen Gestängeende hin jedoch eine kraftschlüssige Verbindung aufweist

Reserve-Stator und Reserve-Rotor können mit Nennmaßen ausgeführt sein. Es ist aber auch möglich, den Reserve-Stator mit Übermaß der Innenkontur bzw. den Reserve-Rotor mit verschleißkompensierendem Übermaß auszubilden.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn das Gestänge aus APl-Wellen besteht die jeweils in die Stirnenden der Rotoren eingeschrauDt sind. Es handelt sich hier um durch das American-Petroleum-Institut standardisierte Wellen, die an ihren Enden mit standardisierten Außengewinden versehen sind. Andere Verbindungen sind möglich.

Das obere Gestängeende besteht vorzugsweise aus zumindest einer genormten Polierstange, die auch schon bisher bei derartigen Gestängen Verwendung findet und eine kalibrierte zylindrische Oberfläche aufweist, der gegenüber die Abdichtung gegenüber der Hohlwelle vorgenommen wird. Diese genormten Polierstangen sind an ihren Enden mit Außengewinden kleineren Durchmessers versehen, so daß sich das obere Gestängccnde in einfacher Weise an eine Hubeinrichtung hängen läßt.

In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung im Längsschnitt dargestellt.
Rs zeigt

F1 g. 1 im Ausschnitt eine Exzenterschneckenpumpe mit zwei übereinander angeordneten Fördceinheiten:

Fig. 2 eine Exzenterschneckenpumpe in einer Darstellung gemäß F i g. 1 mit nur einer einzigen Fördereinhcit und einem darüber angeordneten Reserve-Rotor;

Fig.3 eine Exzenterschneckenpumpe in einer Darstellung gemäß F i g. 2 mit nur einer einzigen Fördereinheit und einem darunter angeordneten Reserve-Stator;

Fig.4 eine Exzenterschneckenpumpe in einer Darstellung gemäß F i g. 3 mit zwei übereinander angeordneten Fördereinheiten, def-en nach unten jeweils ein Reserve-Stator nachgeschaltel ist;

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60 Fig.5 eine überirdische Antriebs- und l^gcrcinhcit und

Fig.6 ein Detail der Fig.5 in vergrößertem Maßstab, wobei die Hinke Darstellung gegenüber der in F i g. 5 um 90° verdreht ist, während die rechte Darstellung die Anordnung gemäß F i g. 5, aber in Seitenansicht zeigt

Die F i g. 1 bis 4 zeigen jeweils das untere Ende eines Erdöl-Bohrloches I₁ in das eine Exzenterschneckenpumpe ragt, die eine Steigleitung 2 sowie ein konzentrisch in letzterer angeordnetes Gestänge 3 aufweist

Gemäß F i g. 1 sind zwei Fördereinheiten 4, 5 vorgesehen, die jeweils einen Stator 6 sowie eine diesem zugeordnete Exzenterschnecke 7 aufweist, die nachfolgend generell als Rotor bezeichnet wird. Die beiden in der Lotrechten miteinander fluchtenden Statoren 6 sind im Abstand voneinander nach Art einer Reihenschaltung in die Steigleitung 2 eingebaut Die beiden Rotoren 7 hängen an dem Gestänge 3, das z. B. aus API-Wellen bestehen kann, die jeweils in die Stirne. ien der Rotoren eingeschraubt sind. An das untere En^e des unteren Stators 6 schließt sich noch ein Saugrohr 8 an, in dem ein nicht näher dargestellter Filter angeordnet sein kann

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist nur eine Förderein'^eit 4 vorgesehen, der nach oben ein Reserve-Rotor 9 vorgeschaltet ist Durch Absenken des Gestänges 3 kommt der dem Stator 6 zugeordnete Rotor 7 außer Eingriff mit dem Stator, während der Reserve-Rotor 9 in den Stator 6 eingeschoben wird. In diesem Fall ist das Saugrohr 8 lang genug ausgebildet um den Rotor 7 aufnehmen zu können und so ein Auftreffen des Rotors 7 auf den Boden des Bohrlochs 1 zu verhindern.

Auch bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 ist nur eine Fördereinheit 4 vorgesehen, der in diesem Fall jedoch ein Reserve-Stator IC nachgeschaltet ist. Ist der Stator 6 der Fördereinheit 4 verschlissen, wird das Gestänge 3 mit dem Rotor 7 so weit abgesenkt, bis letzterer vollständig in den Reserve-Stator 10 eingelührt Li.

Die Aiisführungsform gemäß Fig.4 stellt eine Kombination der Ausführungsformen gemäß den Fi g. 1 und 3 dar. Vorgesehen sind wiederum zwei Fördereinheiten 4,5. denen jedoch nach unten jeweils ein Reserve-Stator 10 nachgeschaltet ist. Natürlich können über die Länge des Bohrlochs 1 noch weitere Fördereinheiten vorgesehen werden, zwischen denen dann jeweils ein Reserve-Stator 10 angeordnet sein kann. Statt der Reserve-Statoren 10 kann aber auch jeder Fördereinheit ein Reserve-Rotor 9 vorgeschaltet werden.

Fig. 5 zeigt eine überirdische Antriebs- und Lagereinheit 11 für das Gestänge 3. Vorgesehen ist eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle 12, die ihrerseits von einem nicht dargestellten Motor über eine drehfest mi: ihr erbundene Keilriemenscheibe 13 angetrieben wird und in einem Gehäuse 14 gelagert ist. Die Abdichtung zwischen Gehäuse 14 und Außenumfang der Antriebswelle 12 erfolgt über eine Stopfbuchse 15.

Das obere Gestä.igeende 3a. das z. B. eine genormte Polierstange sein kann, deren Mantel als zylindrische Passung ausgebildet ist, ragt durch die Hohlwelle 12 hindurch und ist mit letzterer über eine Kupplung verbunden, die in jeder Höhenlage des oberen Gest.ängeendes 3a gegenüber der Antriebswelle 12 eine Drehverbindung zuläßt. Diese Kupplung besteht einerseits aus zwei Klemmhälften 16. 17, die über sechs Spannschrauben 18 kraftschlüssig gegen das obere Gestängeende 3a gepreßt werden, sowie aus zwei am oberen Ende der Hohlwelle 12 vorgesehenen Stirnpaßfedern 19, die nach Art einer Klauenkupplung in entsprechende Ausneh-

mungen im unteren Rand der Klemmhälften 16, 17 eingreifen und so eine formschlüssige Drehverbindung herstellen. Die Übertragung des Drehmomentes sowie der Axialkraft von der hohl ausgebildeten Antriebswelle 12 auf das obere Gestängeende 3a erfolgt somit durch eine Reibschlußverbindung, so daß das obere Gestängeende 3a in jeder beliebigen Position ohne Beschädigung festgehalten werden kann.

Zur Abdichtung zwischen dem oberen Gestängeende 3,3 und der Hohlwelle 12 sind zwei Buchsen 20,21 sowie ein zwischen diesen angeordneten O-Ring 22 vorgesehen. Diese Abdichtung 20, 21, 22 liegt vorzugsweise unmittelbar im oberen Ende der Hohlwelle 12.

F i g. 6 zeigt in gegenüber F i g. 5 etwas vergrößertem Maßstab jeweils das obere Ende der Hohlwelle 12 mit den Klemmhälften 16,17, wobei die linke Darstellung in « Fig.6 einen Längsschnitt darstellt, der gegenüber der

ί Darstellung gemäß F i g. 5 um 90° nach links gedreht ist,

während die rechte Darstellung der Fig.6 die Anordnung gemäß F i g. 5 in Seitenansicht zeigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Exzenterschneckenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten aus Bohrlöchern, insbesondere aus Erdöl-Bohrlöchern (1), mit zumindest einem in einer Steigleitung (2) eingebauten Stator (6), einer mit diesem Stator (6) im Eingriff befindlichen, an einem Gestänge (3) hängenden Exzenterschnecke (Rotor 7) und einer übererdigen Antriebs- und Lagereinheit (11), deren Antriebswelle (12) über eine Drehmoment und Axialkraft übertragende Drehverbindung (16,17,18, 19) mit dem Gestänge (3) verbunden ist, gekennzeichnet durch zumindest einen mit dem genannten Stator (6) in der Lotrechten fluchtenden Reserve-Stator (10), dem kein Rotor (7) zugeordnet ist, und/oder durch zumindest einen in dem Gestänge (3) eingebauten Reserve-Rotor (9), dem kein Stator (6) zugeordnet ist.

2. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ds3 der größte Querschnitt des Gestänges (3) sowie der Gestängeanschlüsse an den beiden Rotorenden innerhalb des lichten, in Projektion senkrecht zum Gestänge (3) kreisförmigen Querschnitts des Stators (6) liegt.

3. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehverbindung (16, 17, 18,19) zwischen Antriebswelle (12) und Gestänge (3) eine Kupplung ist, die in jeder Höhenlage des oberen Gestängeendes (3a) gegenüber der Ap'riebswelle (12) eine Drehverbindung zuläßt.

4. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Jie Antriebswelle (12) als Hohlwelle ausgebildet ist, durch die das obere Gestängeende (3a) ragt, wobei zwischen Hohlwelle und Gestängeende (3ajeine Dichtung (20, 21, 22) vorgesehen ist.

5. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reserve-Stator (10) mit Übermaß der Innenkontur ausgebildet ist.

6. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reserve-Rotor (9) mit verschleißkompensierendem Übermaß ausgebildet ist.

7. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (3) aus API-Wellen besteht, die jeweils in die Stirnenden der Rotoren (7) eingeschraubt sind.

8. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Gestängeende (3a) eine genormte Polierstange ist