DK149572B - Pumpestangsamling til brug i oliebroende - Google Patents

Description

149572

Den foreliggende opfindelse angår en pumpestangsamling til brug i producerende oliebrønde og i øvrigt af den i den indledende del af krav 1 angivne type.

Gennem årtier har der været anvendt pumpestænger af stål i 05 producerende oliekilder til at aktivere oliepumper, som er anbragt i brøndboringen i en producerende oliekilde uden overtryk. En række pumpestænger forbindes med hinanden til dannelse af en streng, som forløber ned i brøndboringen, og strengen forbindes med oliepumpen ved den ene ende, mens strengens anden ende 10 forbindes med en cyklisk arbejdende eller frem- og tilbagegående drivmekanisme for at bevirke, at olien pumpes op af boringen og ind i en rørledning.

Stålpumpestænger, der har en trækstyrke, som kan modstå mange tusinde cykliske, aksiale kraftpåvirkninger, er ifølge sagens 15 natur tunge og kræver derved en væsentlig driveffekt ved brøndens top eller hoved for effektivt at aktivere pumpen nede i brøndboringen, og pumpens drift kræver følgelig mere energi. Desuden bidrager stålets korrosion betydeligt til olieproduktionsomkostningerne, idet stålpumpestænger skal udskiftes periodisk.

20 Fra USA patent 4.315.699 kendes en stang konstruktion med en enkelt glasfiberstang, hvor koblingsstykket er sammensat af adskillige løse bestanddele, der skal sammenpasses og monteres. Den indvendige gribeflade i stangfatningen er dannet af flere løse ringe, som først skal skydes på plads imod en ansats indvendigt i en rør-25 formet holder. Derefter indsættes glasfiberstangens ende, og ved den ene åbne ende af den rørformede holder frembringes en midlertidig tætning, dels for at muliggøre udstøbningen med plastmateriale, men også for at holde de løse ringe på plads under udstøbningen.

50 Når det udstøbte plastmateriale er hærdet, fjernes den midler tidige tætning ved enden af den rørformede holder, og derefter pisvejses et endestykke ved hjælp af en svejsning.

Dette er tydeligvis en besværlig og arbejdskrævende montage, som desuden resulterer i en forholdsvis svag sammenkobling, idet 55 s| at sige hele kraftoverførslen fra stangen til endestykket skal gå igennem den indvendige ansats.

Det er formålet med opfindelsen at tilvejebringe en pumpestang- 149572 2 samling af den ovennævnte art, hvor koblingsstykket kan fastgøres hurtigt hurtigt og let til glasfiberstangen i pumpestangsamlingen, og hvor den opnåede fastgørelse er meget effektiv og holdbar.

Dette formål opnås med pumpestangssamlingen ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 05 1 angivne. Nærmere betegnet omfatter den indvendige gribeflade flere i koblingsstykket udformede, aksialt adskilte indvendige flader, som er keglestubformede og konvergerer udad, idet hver af disse flader har i det væsentlige den samme keglevinkel.

Hver af koblingselementholderne er afgrænset af flere udad konvergerende koniske flader, som er fyldt med bindemiddel for at binde eller på anden måde sammenlåse fiberglasstangens ende til det tilhørende stål koblingselement. Disse ringformede konvergerende flader er koniske, således at en trækbelastning langs fiberglasstan-gens akse frembringer en kilevirkning for at rette en kompressionskraft radialt indad igennem bindemidlet og imod stangens akse for at fastholde fiberglasstangen i position inden i hvert af stål koblingselementerne imod sådanne trækbelastninger.

I det følgende skal opfindelsen beskrives nærmere under hen-visning til tegningen, hvor fig. 1 viser et lodret snit igennem et første koblingselement med tilhørende fiberglasstangende i en pumpestang ifølge opfindelsen, og og fig. 2 et lodret snit igennem det andet koblingselement med tilhørende fiberglasstangende i en pumpestang ifølge opfindelsen.

Der henvises nu til tegningen og først til fig. 1, som viser en pumpestang 10 ifølge opfindelsen. Pumpestangen 10 indeholder et cylindrisk stangelement 12 (der er vist delvis i fig. 1 og fig. 2) samt et første og et andet koblingselement 14 henholdsvis 54. Det første og det andet koblingselement 14 og 54 er i princippet identi-

Ov ske med undtagelse af typen af deres koblingsgevind. Derfor vil det første koblingselement og dets fastgørelse til den cylindriske stangdel 12 blive beskrevet i detailler, idet det underforstås, at en tilsvarende beskrivelse også gælder for det andet koblingselement 54 samt dettes fastgørelses til den cylindriske stangdel.

Som vist i fig. 1 er det første koblingselement 14 udformet til at danne en aksial holder 16 til optagelse af den ene ende af pumpe- 149572 3 stangens cylindriske del 12. Den aksiale holder 16 afgrænses af flere udad konvergerende koniske flader 18, som arbejder sammen med den udvendige cylindriske flade på stangdelen 12 ti! dannelse af flere kileformede eller koniske ringrum 20 omkring stangdelen, når 05 denne er i stilling som vist. Koblingselementet 14 indeholder en udvendig cylindrisk flade 22, som er afsluttet i en med udvendigt gevind forsynet ende 24 til indgreb med den næstfølgende pumpestang, således at der dannes en streng af pumpestænger til nedsænkning i en brøndboring. Det første koblingselement 14 har også 10 to diametralt modsat liggende flader 26 for at muliggøre, at operatøren kan fastgøre en standardpumpestangsnøgle herpå med henblik på at forbinde og/eller adskille de enkelte pumpestænger 10.

Det første koblingselement 14 indeholder en skråt affaset flade 28 ved den ende, som ligger ved stangdelen 12. Denne affasede 15 flades virkning vil blive beskrevet senere. Et med indvendigt gevind forsynet afsnit 30 er anbragt ved den affasede flade 28 med henblik på indskruning af en første muffe eller spændepatron 32 heri for at rette den cylindriske stangdel 12 ind i forhold til det første koblingselement 14.

20 Muffen eller patronen 32 indeholder en gennemgående boring 34 .

til optagelse af enden af den cylindriske stangdel 12 og indeholder også udvendige koblingsgevind 36 til indgreb med tilsvarende gevind 30 på det første koblingselement 14 for at holde patronen 32 i stilling, idet patronen på sin side holder den cylindriske stangdel 25 12 i stilling inden i det første koblingselement. Denne første muffe eller patron 32 er i hovedsagen cylindrisk og har en udvendig cylindrisk flade 38, som afsluttes ved den ene ende i en første affaset flade 40, og ved den modsatte ende i en anden affaset flade 42, idet den anden affasede flade arbejder sammen med den skråt af-30 fasede flade 28 på det første koblingselement. Den første patron 32 indeholder også en ringformet konvergerende konisk flade 44, som er udformet i ét med den indvendige boring 34, og som virker på samme måde som de ringformede konvergerende koniske flader 18 i det første koblingselement 14.

35 Pumpestangsamlingen ifølge opfindelsen indeholder en adhæsiv materialemængde 46, som er tilstrækkelig til helt at udfylde ringrummene 20, der afgrænses af de udad konvergerende koniske 149572 4 flader 18 i det første koblingselement samt af den udvendige cylindriske flade pi stangdelen 12 for at adhærere eller pi anden mide forbinde glasfiberstangdelen 12 med stil koblingselementet 14. Dette adhæsive materiale eller klæbemiddel 46, der oprindeligt er i væske-05 fase, bliver hældt i koblingselementets aksiale holder 16. Derefter indføres glasfiberstangen 12 i holderen 16, hvorved en stor del af det flydende klæbemiddel bliver fortrængt og tvunget ind i de ringformede rum 20, som omgiver stangen, hvor klæbemidlet derefter hærder og danner ringformede kiler, som er bundet til stangen og 10 til holderens kileformede flader 18.

Pumpestangsamlingen ifølge opfindelsen indeholder også et andet koblingselement 54 ved den modsat det første koblingselement 14 liggende ende af stangdelen 12. Det andet koblingselement 54 er i det væsentlige identisk med det første koblingselement 14. Derfor 15 benyttes samme henvisningstal til at betegne identiske dele på de to koblingselementer 14 og 54. Forskellen mellem det første og det andet koblingselement ligger i gevindtypen, idet det første koblingselement 14 (fig. 1) har den med udvendigt gevind forsynede ende 24, mens det andet koblingselement 54 (fig. 2) har et hus 20 eller en krave 56 med indvendigt gevind 58 og indrettet til at gå i indgreb, med det udvendige gevind på enden 24 af det første koblingselement på den næstfølgende pumpestang.

Som det fremgår af tegningen, dannes en pumpestangkonstruktion ifølge opfindelsen ved at anbringe den cylindriske stangdel 12 i 25 den aksiale holder 16 på det første koblingselement, hvorefter patronen 32 skrues i position omkring den cylindriske stangdel og ind i det første koblingselement. Enden af stangdelen 12 er stramt indpasset i en blind boring 17, som danner endedelen af holderen 16.

På tilsvarende måde er den udvendige cylindriske overflade på 30 stangdelen tæt indpasset i boringen i patronen 34. Man vil let indse, at disse adskilte punkter eller områder med tæt sammenpasset kontakt vil rette stangdelen 12 ind, således at den er koncentrisk med patronen 32 og koblingselementet 14.

Den cylindriske stangdel 12 er holdt i position i koblingsele-35 menterne 14 eller 54 ved hjælp af et adhæsivt materiale, som fylder det ringformede kammer, der er afgrænset af den udvendige overflade af den cylindriske stangdel og af rækken af udad konverge- 149572 5 rende koniske flader 18 på koblingselementet. Ved fremstilling af en pumpestang 10 ifølge opfindelsen foretrækkes det at indføre en passende mængde af det adhæsive materiale 46, mens dette er i sin oprindelige flydende tilstand i koblingselementets holder 16, før den 05 cylindriske stangdel 12 indsættes·. Som tidligere nævnt vil en indsættelse af stangdelen 12 i holderen 16 tvinge det flydende materiale ind i det ringformede kammer, som omgiver stangdelen. Når stangdelen 12 er i position i holderen 16, anbringes muffen eller patronen 32 omkring stangdelen, og den skrues i indgreb med koblings-10 elementet 14 eller 54. Som vist på tegningen tjener en ringformet konvergerende, konisk flade 44 i patronen 32 til at komprimere enhver resterende mængde flydende adhæsivt materiale 46 ind i det ringformede kammer 20, og desuden presses overskydende materiale ud og ind i en ringspalte imellem den udvendige overflade af den 15 cylindriske stangdel 12 og boringen 34 i patronen 32.

Når det adhæsive materiale 46 hærder, danner det en bøsning med en række af ringformede koniske flader, der danner en række af ringformede kiler imellem stangdelen 12 og de koniske flader 18 i holderen 16. Denne hærdede bøsning 46 danner én binding med fi-20 berglasstangdelen 12 for at optage de forskydningskræfter, som opstår, når der udøves træk i stangen, eksempelvis i et forsøg på at trække stangdelen ud fra koblingselementet. Desuden bevirker et træk, som udøves pi stangdelen 12, at de ringformede kiler af hærdet materiale 46 bliver tvunget til trykindgreb med stangdelens 25 udvendige cylindriske overflade og med koblingselementets koniske flader 18 samt med den koniske flade 44 i muffen 32. Dette resulterer i en kompressionskraft, der er rettet radialt indad mod centeraksen for stangdelen 12 for at komprimere de ringformede kiler af materialet 46 imod stangdelen og for at holde denne i position i 30 koblingselementet imod virkningen fra en sådan trækpåvirkning udøvet på stangdelen.

Det andet koblingselement 54 er forbundet med den modsatte ende af den cylindriske stangdel 12 på samme måde for at danne en pumpestangsamling 10 med et han koblingselement 14 ved den ene 35 ende og med et hunkoblingselement 54 ved den anden ende.

Under brugen sammenkobles flere stænger 10 ifølge opfindelsen til at danne en streng, som forløber ned i en brøndboring, og som 149572 6 forbindes med en pumpe, der er anbragt i det olieførende område af boringen. Den øverste ende af pumpestangstrengen forbindes med en mekanisme til at udøve en frem- og tiibagegående pumpevirkning på pumpestangstrengen, og pumpestængerne benyttes på sædvanlig 05 måde til at aktivere pumpen til at producere olie fra den producerende, men iøvrigt trykløse oliebrønd.

De ovenfor omtalte affasede flader 40, 42 og 28 på muffen 32 og på koblingselementerne 14 og 54 frembringer en gradvis tilspidsning fra fiberglasstangdelens diameter og til koblingselementernes TO større diameter for at hindre, at pumpestangen binder eller på anden måde hænger fast på rørkoblingsorganer eller foringsamlinger i brøndboringen eller ved brøndens top, mens pumpestangen bevæger sig frem og tilbage i brøndboringen.

Fiberglaspumpestangen ifølge opfindelsen giver pumpestangs-15 strengen en elasticitet, som ikke genfindes i konventionelle pumpestænger helt af stål. Ved en frem- og tilbagegående bevægelse resulterer denne elasticitet, som ligger i den for-spændte fiberglasstang, i en forøget effektiv slaglængde og i en forøget pumpeslagkraft i forhold til en pumpestang af stål og med et tilsvarende 20 pumpeslag ved overfladen.

Denne effekt illustreres bedst ved at betragte virkningen af et gummibånd med en vægt fastgjort til den nederste ende. Når den øverste ende bevæges frem og tilbage i en lodret bevægelse med en bestemt slaglængde, vil man se, at vægten ved den nederste ende 25 af gummibåndet udfører en slaglængde, som er større end slaglængden ved gummibåndets øverste ende. I en cyklisk tilstand skaber vægten på gummibåndet et længere nedadrettet slag på grund af gummibåndets elasticitet samt et længere opadrettet slag på grund af gummibåndets elasticitet i sammenligning med en tilsvarende vægt 30 pi en sammenlignelig, men uelastisk materialestreng. Gummibåndet illustrerer naturligvis resultaterne på en langt mere drastisk måde end i en pumpestang af fiberglas. Princippet er imidlertid det samme, og derfor er virkningen den samme, men dog i mindre skala, hvilket resulterer i en forøget produktion med en streng af 35 fiberglaspumpestænger i sammenligning med en streng af pumpestænger helt af stål på grund af det opnåede forøgede pumpeslag.

Pumpestangsamlingen ifølge opfindelsen kan også anvendes i

Claims (2)

149572 forbindelse med mindre kostbart overfladeudstyr med lavere vægt, idet selve pumpestangen vejer mindre og kræver mindre udstyr samt mindre energi til at bevæge en given længde af fiberglasstangen frem og tilbage inden i brøndboringen i forhold til en sammenligne-05 lig længde af pumpestænger helt af stil. Desuden bevirker fiberglaspumpestangens lavere vægt en lettere håndtering for oliefeltmandskabet. 10 15

1. Pumpestangsamling til brug i producerende oliebrønde, og indeholdende et koblingsstykke (10), som er udformet med en stangfatning (16), der har en åben aksialt yderste ende, en lukket aksialt ind-20 erste ende samt en mellemliggende indvendig gribeflade, en stang (12) af et letvægtsmateriale med høj trækstyrke, såsom fiberglas, hvilken stang har en ende med en ensartet cylindrisk, uafbrudt udvendig overflade, som er optaget i stangfatningen (16) igennem dennes yderste åbne ende, og hvor stangenden 25 sammen med stangfatningen afgrænser et ringkammer imellem stangendens udvendige overflade og den indvendige gribeflade i stangfatningen, og en masse af et oprindeligt flydende adhæsivt materiale (46), som er hærdet for at binde til stangendens overflade og er størknet 30 for at udfylde nævnte ring kammer, KENDETEGNET ved, AT den indvendige gribeflade omfatter flere i koblingsstykket udformede, aksialt adskilte indvendige flader (18), som er kegiestubformede og konvergerer udad, idet hver af disse flader (18) har i det væsentlige den samme keglevinkel.

2. Pumpestangsamling ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, AT de indvendige kegiestubformede flader (18) er aksialt adskilt af respektive mellemliggende cylindriske indvendige flader.