Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrloch-Fördervorrichtung zur Förderung von Medien aus einem Bohrloch.

Bohrloch-Fördervorrichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Derartige Fördervorrichtungen werden in Bohrlöchern verwendet und insbesondere zur Förderung von Öl eingesetzt. Die Bohrloch- Fördervorrichtungen werden hierbei bis nahe dem Grund des Bohrlochs in das Bohrloch hinabgelassen und pumpen das zu fördernde Medium über eine durch das Bohrloch geführte Leitung zur Oberfläche. Die hierbei verwendete Pumpe wird üblicherweise mittels eines elektrischen Antriebs angetrieben. Hierbei ergibt sich die Problematik einer Abdichtung einer Welle, welche den elektrischen Antrieb mit der Pumpe verbindet. Da die Bohrloch-Fördervorrichtung üblicherweise sehr tief angeordnet ist, muss eine Abdichtung über einen langen Zeitraum gewährleistet sein, da ein Austausch einer Dichtung mit sehr hohem Aufwand und insbesondere auch Förderausfall verbunden ist. Daher werden im Stand der Technik bisher eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Stopfbuchsen verwendet, um eine Abdichtung an der Welle auszuführen. Sollte eine der Stopfbuchsen hierbei ausfallen, übernimmt die nachfolgende Stopfbuchse die Abdichtung. So kommen bis zu sieben Stopfbuchsen in Reihe zur Abwendung. Dieses System hat sich grundsätzlich bewährt, allerdings führt die Verwendung einer Vielzahl von nacheinander geschalteten Stopfbuchsen zu einer relativ großen Baulänge und insbesondere ist auch eine relativ lange Welle zur Verbindung des elektrischen Antriebs mit der Pumpe notwendig.

Aus der US 201 1/0194949 A1 ist eine alternative Lösung unter Verwendung einer Gleitringdichtung als Dichteinheit bekannt. Mittels eines Federelements und eines Faltenbalgs wird hierbei ein rotierender Gleitring gegen einen Sitzring gepresst. Ferner ist eine in Axialrichtung der Welle nachstellbare Hülse vorgesehen, um immer eine Anpressung zwischen den Dichtpartnern zu erhalten. Aufgrund dieser Nachstellbarkeit unterliegt diese Gleitringdichtung einem hohen Verschleiß, so dass die von den Betreibern gewünschte langjährige Standzeit von bis zu fünf Jahren nicht erreichbar ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bohrloch-Fördervorrichtung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine sichere Abdichtung einer Welle in einem Bohrloch ermöglicht, wobei eine sehr lange, mehrjährige Lebensdauer sicherzustellen ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Bohrloch-Fördervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Bohrloch-Fördervorrichtung zur Förderung von Medien aus einem Bohrloch mit den Merkmalen des Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine sehr lange, mehrjährige Lebensdauer einer Gleitringdichtungseinheit sichergestellt werden kann, so dass ohne Bedenken ein Einsatz in einem tiefen Bohrloch möglich ist. Hierbei weist die erfindungsgemäße Bohrloch-Fördervorrichtung ferner einen sehr kompakten Aufbau auf und es sind nur minimale Verbindungsleitungen zwischen der Bohrloch-Fördervorrichtung und der Erdoberfläche notwendig. Hierzu wird erfindungsgemäß eine Gleitringdichtungseinheit mit einer Gleitringdichtung vorgeschlagen, welche die Abdichtung an einer einen Antrieb und eine Pumpeneinheit verbindenden Welle vornimmt. Der Antrieb ist vorzugsweise ein elektrischer Antrieb. Erfindungsgemäß ist hierbei eine autarke Versorgungseinrichtung vorgesehen, welche die Gleitringdichtung mit einem Sperrmedium zum Sperren und/oder Schmieren eines Dichtspalts zwischen einem rotierenden und einem stationären Gleitring der Gleitringdichtung versorgt. Die autarke Versorgungseinrichtung ist dabei zusammen mit der Pumpe, der Gleitringdichtungseinheit, der Welle und dem Antrieb in eine kompakte Fördereinheit integriert, wobei die Fördereinheit vollständig im Bohrloch versenkbar ist. Somit sind keine Versorgungsleitungen zur Versorgung der autarken Vorsorgeeinrichtung bzw. der Gleitringdichtung von der Erdoberfläche notwendig. Damit weist die erfindungsgemäße Bohrloch-Fördervorrichtung als Verbindung zur Erdoberfläche lediglich eine Pumpleitung auf, über welche das zu fördernde Medium zur Erdoberfläche gepumpt wird, sowie bei Verwendung eines elektrischen Antriebs eine Stromleitung auf, welche den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie versorgt. Durch die in die Bohrloch-Fördervorrichtung integrierte autarke Versorgungseinrichtung kann somit eine Fluidversorgung der Gleitringdichtung ermöglicht werden und insbesondere ein Sperrmedium für die Gleitringdichtung bereitgestellt werden, so dass im Betrieb ständig ein Dichtspalt zwischen dem rotierenden und dem stationäre Gleitring aufrechterhalten werden kann, welcher mittels des Sperrmediums abgedichtet wird. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung zum ersten Mal die Verwendung einer Gleitringdichtungsanordnung in einem tiefen Bohrloch, welche autark einen mehrjährigen Betrieb sicherstellen kann. Vorzugsweise ist die Versorgungseinrichtung der Bohrloch-Fördervorrichtung an einem Ende der kompakten Fördereinheit angeordnet. Hierdurch kann insbesondere ein kleiner Abstand zwischen dem Antrieb und der Pumpe und somit auch eine kurze Wellenlänge der die Pumpe und den Antrieb verbindenden Welle sichergestellt werden. Vorzugsweise ist die Versorgungseinrichtung dabei an einem freien Ende der Fördereinheit angeordnet. Das freie Ende ist dabei vorzugsweise das Ende der Fördereinheit, welches am tiefsten im Bohrloch angeordnet ist.

Weiter bevorzugt ist der Antrieb in Axialrichtung der Fördereinheit zwischen der Versorgungseinrichtung und der Gleitringdichtungseinheit angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine Positionierung der Pumpe über dem Antrieb, so dass insbesondere ein Förderweg des zu fördernden Mediums durch die Bohrloch- Fördervorrichtung in eine Förderleitung sehr kurz sein kann. Vorzugsweise umfasst die autarke Versorgungseinheit eine erste Kammer zur Aufnahme des Sperrmediums, eine zweite Kammer, welche mit Medium gefüllt ist und einen Faltenbalg, welcher die erste Kammer von der zweiten Kammer mediendicht trennt. Die zweite Kammer ist dabei mit einer Außenseite der Bohrloch- Fördervorrichtung verbunden, so dass in der zweiten Kammer ein Druck herrscht, welcher dem Druck des zu fördernden Mediums im Bohrloch entspricht (Umgebungsdruck). Die zweite Kammer ist vorzugsweise mit dem zu fördernden Medium gefüllt. Alternativ ist die weite Kammer mit einem zähflüssigen Medium, welches zähflüssiger als das zu fördernde Medium ist, z. B. Fett, gefüllt. Besonders bevorzugt umfasst die autarke Versorgungseinheit ein Kolbenelement, welches am Faltenbalg derart angeordnet ist, dass der Faltenbalg und das Kolbenelement eine topfförmige Einheit bilden. Die erste Kammer ist dabei im Inneren der topfförmigen Einheit angeordnet. Die zweite Kammer ist zwischen der Außenseite der topfförmigen Einheit und einem Gehäuse der Versorgungseinheit vorgesehen. Das Gehäuse weist dabei vorzugsweise eine Öffnung auf, über welche eine Verbindung mit der Außenseite der Bohrloch-Fördervorrichtung bereitgestellt wird, so dass ein Druck in der zweiten Kammer einem äußeren Druck im Bohrloch entspricht und das im Bohrloch enthaltende Medium in der zweiten Kammer enthalten ist. Die Verwendung des Kolbenelements in der autarken Versorgungseinrichtung macht es möglich, dass ein definierter Druck in der das Sperrmedium enthaltenden ersten Kammer eingestellt werden kann, welcher immer über dem Druck in der zweiten Kammer, d.h., dem Bohrlochdruck, liegt. Hierdurch wird eine permanente Beaufschlagung der Gleitringdichtung mit einem höheren Druck als dem Bohrlochdruck erreicht, so dass eine sichere Abdichtung erreicht wird.

Um in der ersten Kammer immer sicher einen höheren Druck als in der zweiten Kammer zu haben, umfasst die autarke Versorgungseinheit femer noch bevorzugt ein Vorspannelement, welches das Sperrmedium in der ersten Kammer dauerhaft vorspannt. Das Vorspannelement ist vorzugsweise eine Feder, insbesondere eine Spiralfeder. Das Vorspannelement greift besonders bevorzugt am Kolben an, so dass eine Beschädigung des Faltenbalgs sicher verhindert werden kann.

Vorzugsweise ist der Antrieb ein elektrischer Antrieb,

Für einen besonders kompakten Aufbau verläuft eine Verbindungsleitung zwischen der Versorgungseinrichtung und der Gleitringdichtungseinheit durch den elektrischen Antrieb. Alternativ könnte die Verbindungsleitung auch als Bypass um den elektrischen Antrieb herumgeführt werden.

Vorzugsweise umfasst die autarke Versorgungseinrichtung ferner eine dritte Kammer, wobei die dritte Kammer vollständig mediendicht abgeschlossen ist. Die dritte Kammer ist vorzugsweise mit einem inkompressiblen Medium gefüllt und besonders bevorzugt mit Öl gefüllt. Weiter bevorzugt ist ein Druck in der dritten Kammer gleich oder größer als ein Druck in der ersten und/oder zweiten Kammer. Die dritte Kammer ist vorzugsweise an der Außenseite des Faltenbalgs der autarken Versorgungseinrichtung angeordnet, wodurch der Faltenbalg stabilisiert wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Bohrloch-Fördervorrichtung ferner einen Separator zum Separieren von gasförmigen Bestandteilen aus dem zu fördernden Medium. Der Separator ist dabei ebenfalls in die kompakte Fördereinheit integriert. Vorzugsweise ist der Separator unmittelbar vor der Pumpe angeordnet. Die erfindungsgemäße Bohrloch-Fördervorrichtung wird vorzugsweise zur Ölförderung verwendet. Die erfindungsgemäße Bohrloch-Fördervorrichtung kann dabei insbesondere auch in sehr großen Tiefen eingesetzt werden und kann eine Lebensdauer von fünf Jahren und mehr aufweisen. Eine noch größere Lebensdauer kann sichergestellt werden, wenn die Gleitflächen der Gleitringe vorzugsweise mit Diamant beschichtet sind.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bohrloch-Fördervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer autarken

Versorgungseinrichtung und einer Gleitringdichtungseinheit der Vorrichtung von Fig. , und

Fig. 3 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Bohrloch- Fördervorrichtung mit einer autarken Versorgungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 eine Bohrloch- Fördervorrichtung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.

Die Bohrloch-Fördervorrichtung 1 ist in einem Bohrloch 8 angeordnet, um ein Medium 9, welches sich im Bohrloch 8 befindet, zu fördern. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Bohrloch-Fördervorrichtung 1 einen elektrischen Antrieb 2, welcher über eine Welle 4 eine Pumpe 3 antreibt. Ein Motorraum, in welchem ein Motor M des elektrischen Antriebs angeordnet ist, ist mittels einer Gleitringdichtungseinheit 5 an der Welle 4 abgedichtet. Ferner umfasst die Bohrloch-Fördervorrichtung 1 eine autarke Versorgungseinrichtung 6, welche eine Gleitringdichtung 50 der Gleitringdichtungseinheit 5 mit einem Sperrmedium versorgt.

Die Gleitringdichtung umfasst einen rotierenden Gleitring 51 und einen stationären Gleitring 52, wobei zwischen den beiden Gleitringen ein Dichtspalt 53 ausgebildet ist. Die autarke Versorgungseinrichtung 6 ist dabei über eine Verbindungsleitung 12 mit der Gleitringdichtung 50 verbunden, um das Sperrfluid zur Gleitringdichtung 50 zuzuführen. Die Verbindungsleitung 12 führt hierbei durch den elektrischen Antrieb 2 (vgl. Fig. 1 ).

Die Bohrloch-Fördervorrichtung 1 umfasst ferner einen Separator 10, welcher vor der Pumpe 3 angeordnet ist und in die Bohrloch-Fördervorrichtung integriert ist. Ferner weist der Separator 10 mehrere Einströmöffnungen 1 1 auf, über welche das zu fördernde Medium 9 in den Separator 10 gelangt, so dass gegebenenfalls im zu fördernden Medium 9 enthaltende gasförmige Bestandteile abgetrennt werden können. Das von gasförmigen Bestandteilen entfernte Medium 9 wird dann mittels der Pumpe 3 in eine Förderleitung 7 gefördert, welche zur Erdoberfläche führt.

Die autarke Versorgungseinrichtung 6, der elektrische Antrieb 2, die Pumpe 3, die Welle 4 und die Gleitringdichtungseinheit 5 bilden eine kompakte Fördereinheit, welche vollständig im Bohrloch versenkbar ist. Die Bauteile der kompakten Fördereinheit sind dabei in Reihe in Axialrichtung X-X angeordnet.

Fig. 2 zeigt im Detail die autarke Versorgungseinrichtung 6. Die autarke Versorgungseinrichtung 6 ist dabei an einem freien Ende der Bohrloch- Fördervorrichtung 1 angeordnet. Die Versorgungseinrichtung 6, die Pumpe 3, der elektrische Antrieb 2, die Welle 4 und die Gleitringdichtungseinheit 5 bilden dabei eine kompakte Fördereinheit, welche vollständig im Bohrloch 8 versenkbar ist.

Die autarke Versorgungseinrichtung 6 umfasst eine erste Kammer 61 , eine zweite Kammer 62 und einen Faltenbalg 67. Weiterhin umfasst die autarke Versorgungseinrichtung 6 einen Kolben 64 sowie ein Vorspannelement 65, welches in diesem Ausführungsbeispiel eine Feder ist. In einem Gehäuse 60 der Versorgungseinrichtung 6 ist ferner eine Verbindungsöffnung 66 vorgesehen, so dass eine Verbindung zwischen der zweiten Kammer 62 und dem Bohrloch, in welchem sich das zu fördernde Medium 9 befindet, hergestellt ist. Somit herrscht in der zweiten Kammer 62 der gleiche Druck wie im Bohrloch 8.

Der Faltenbalg 67 trennt dabei die erste Kammer 61 von der zweiten Kammer 62 mediendicht. Der Kolben 64 ist dabei an einem offenen Ende des Faltenbalgs 67 angeordnet, so dass der Faltenbalg 67 zusammen mit dem Kolben 64 eine topfförmige Einheit bildet, welche an einer Innenseite des Gehäuses 60 der autarken Versorgungseinrichtung 6 angeordnet ist. Über eine Öffnung 13 im Gehäuse 60 ist die erste Kammer 61 mit der Verbindungsleitung 12 verbunden, welche zur Gleitringdichtung 50 führt. Das Vorspannelement 65 stützt sich mit einem Ende an einer Innenseite des Gehäuses 60 und mit einem anderen Ende am Kolben 64 ab. Hierdurch übt das Vorspannelement 65 eine Vorspannkraft F auf den Kolben 64 aus. Dadurch ist permanent ein erster Druck P1 in der ersten Kammer 61 größer als ein zweiter Druck P2 in der zweiten Kammer 62. Hierdurch wird ein Überdruck an der Gleitringdichtung 50 sichergestellt, so dass es nicht möglich ist, dass das Medium von außen durch den Dichtspalt 53 der Gleitringdichtung 50 gelangt. Somit kann eine höchste Lebensdauer der Gleitringdichtung 50 unter Verwendung des Sperrmediums aus der ersten Kammer 61 erhalten werden.

Die erste Kammer 61 ist dabei derart ausgelegt, dass das darin enthaltene Sperrmedium für eine Betriebsdauer von mehreren Jahren ausreichend ist. Somit kann eine Leckage durch den Dichtspalt 53 zur Außenseite (Pfeil L) über mehrere Jahre ausgeglichen werden.

Fig. 3 zeigt eine Bohrloch-Fördervorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfasst die autarke Versorgungseinrichtung 6 des zweiten Ausführungsbeispiels neben der ersten Kammer 61 und der zweiten Kammer 62 noch zusätzlich eine dritte Kammer 63. Die dritte Kammer 63 ist dabei vollkommen mediendicht abgeschlossen. Die dritte Kammer 63 ist dabei sowohl an der Außenseite der ersten Kammer 61 als auch der Außenseite der zweiten Kammer 62 gebildet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind dabei ein erster Faltenbalg 67 an einer ersten Seite des Kolbens 64 und ein zweiter Faltenbalg 68 an einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Kolbens 64 angeordnet, um die erste und zweite Kammer zu bilden. Die dritte Kammer 63 ist dabei mit einem Medium gefüllt, vorzugsweise öl, und ein dritter Druck P3 in der dritten Kammer 63 ist größer als ein erster Druck P1 in der ersten Kammer 61 und größer als ein zweiter Druck P2 in der zweiten Kammer 62. Um eine Bewegbarkeit des Kolbens 64 sicherzustellen, weist der Kolben mehrere Durchgangsöffnungen 64a auf. Ferner ist ein Vorspannelement 65 vorgesehen, um das Sperrmedium in der ersten Kammer 61 unter Druck zu halten. Alternativ könnte auch der zweite Faltenbalg 68 als Vorspannelement ausgebildet sein. Durch diesen Aufbau kann erreicht werden, dass sowohl der erste Faltenbalg 67 als auch der zweite Faltenbalg 68 durch das in der dritten Kammer 63 enthaltene Medium abgestützt werden. Ferner wird eine zusätzliche Dämpfungsmöglichkeit der Faltenbälge 67, 68 durch das in der dritten Kammer 63 enthaltende Medium erreicht. Somit führen insbesondere auch Druckschwankungen innerhalb des Bohrlochs nicht zu Beschädigungen an der autarken Versorgungseinrichtung 6.

Die in den Ausführungsbeispielen beschriebene erfindungsgemäße Bohrloch- Fördervorrichtung 1 weist somit eine integrierte, autarke Versorgungseinrichtung 6 auf, so dass eine Gleitringdichtung 50 über mehrere Jahre beschädigungsfrei betrieben werden kann. Hierbei treten keinerlei Abdichtungsprobleme auf und die autarke Versorgungseinrichtung 6 stellt sicher, dass kein zu förderndes Medium oder dgl. in einen Motorraum des elektrischen Antriebs 2 gelangen kann, welcher üblicherweise mit einem Dielektrikum gefüllt ist. Somit kann auch der elektrische Antrieb eine mehrjährige Laufdauer aufweisen. Dadurch kann die Bohrloch-Fördervorrichtung 1 über mehrere Jahre im Bohrloch 8 verbleiben und Förderaufgaben erfüllen.

Bezugszeichenliste

1 Bohrloch-Fördervorrichtung

2 elektrischer Antrieb

3 Pumpe

4 Welle

5 Gleitringdichtungseinheit

6 autarke Versorgungseinrichtung

7 Förderleitung

8 Bohrloch

9 zu förderndes Medium

10 Separator

1 1 Einströmöffnungen

12 Verbindungsleitung

13 Öffnung

50 Gleitringdichtung

51 rotierender Gleitring

52 stationärer Gleitring

53 Dichtspalt

60 Gehäuse

61 erste Kammer

62 zweite Kammer

63 dritte Kammer

64 Kolben

64a Durchgangsöffnungen

65 Vorspannelement

66 Verbindungsöffnung

67 erster Faltenbalg

68 zweiter Faltenbalg

F Federkraft

L Leckage

M Motor

P1 erster Druck

P2 zweiter Druck

P3 dritter Druck

X-X Axialrichtung