Mehrphasen-Downhole-Schraubenspindelaggregat (MDA) – ein neues Kapitel der Förderung von Kohlenwasserstoffen

<p>Pumpen und Kompressoren für den Weltmarkt 2017 Kurzfassung „Easy oil is over“ – nach Jahrzehnten der Nutzung leicht zu fördernder Öl- und Gasreserven gehen diese Vorräte zu Ende und es steht die Entwicklung von zunehmend schwieriger zu fördernden Feldern an. Mit konventionellen Methoden werden durchschnittliche Ausförderungsgrade von 30 bis 40% erreicht.</p> <p>Eine effiziente Methode zur Erhöhung des Ausfördergrades von Erdöl und Erdgas aus ihren Lagerstätten besteht darin, Mehrphasen-Downhole-Schraubenspindelaggregate (MDA) in den Bohrlöchern in unmittelbarer Nähe der Lagerstätten zu installieren und damit zur Sicherung der fossilen Energieversorgung der Menschheit über einen langen Zeitraum beizutragen. Das Mehrphasenpumpen-Downhole-Aggregat (MDA) nutzt die Prinzipvorteile der Verdrängerpumpen in berührungsloser Bauweise und erlaubt damit eine unabhängige Kontrolle der zwei Hauptförderparameter Förderdruck und Fördermenge. Mehrphasen-Downhole-Schraubenspindelaggregate wurden für zwei Hauptanwendungen entwickelt: Zur Förderung von gasbeladenen Ölquellen – dies gestattet den Einsatz des MDA in unmittelbarer Nähe der ölführenden Formation. Zum (An-)Fördern von flüssigkeitsbeladenen Gasbohrungen. Mit ihrer Fähigkeit, Öl und Gas in nahezu beliebigen Fraktionen zu fördern, erweitern diese Maschinen den Einsatzbereich von konventionellen Bohrlochpumpen und leisten einen wesentlichen Beitrag bei der Nutzung schwierig zu fördernder Lagerstätten. Ein weiterer Beitrag wird durch die Zerlegung der Gesamtförderaufgabe in Teilaufgaben geleistet, die von entsprechenden „Förderspezialisten“ gelöst werden. Dazu werden MDA`s in Bohrlöchern in Kombination mit obertägigen Mehrphasenschraubenspindelpumpen eingesetzt und damit bisher nicht erreichte Effizienzgrade erzielt. Einleitung Schraubenspindelpumpen sind in der Erdöl – Erdgasindustrie seit Jahren bestens bekannt. Sie finden besonders dann ihren Einsatz, wenn es um höher viskose Medien geht oder starke Veränderungen des Transportvolumens durch Drehzahlregelung gewünscht sind. Durch ihren volumetrischen Charakter sind sie darüber hinaus auch für den Transport von Mehrphasengemischen (Öl, Wasser und Gas) hervorragend geeignet. Seit den neunziger Jahren werden Mehrphasenpumpen obertägig eingesetzt, um den Druck am Kopf des Bohrloches (Kopfdruck) von den Transportverlusten des Fördergutes zur Verarbeitungsstelle zu entlasten. Der reduzierte Kopfdruck entlastet die eingesetzte Fördertechnik und hat zusätzlich eine positive Wirkung auf den Zufluss der zu fördernden Kohlenwasserstoffe aus der Lagerstätte. Mit der Druckabsenkung geht eine weitere Entgasung sowie eine entsprechende Expansion der entlösten Gase einher, was dieser Maßnahme aufgrund von ansteigendem Bau- und Energieaufwand wirtschaftliche Grenzen bei einem Kopfdruck von 2 – 5 bar setzt. Für eine weitergehende Verbesserung des Zuflusses durch Druckabsenkung im Bohrloch ist der Einsatz von Bohrlochpumpen erforderlich. Im Fall von konventionellen Bohrlochpumpen, welche nur für die Förderung von Flüssigkeiten geeignet sind, ist der Effekt jedoch begrenzt. Zum Vermeiden von Pumpenschäden durch Gasentlösungen vor der Pumpe ist ein genügend großer Flüssigkeitsstand in der Förderbohrung einzuhalten. Erst mit dem Einsatz von Mehrphasen-Downholepumpen lässt sich der Vorteil eines verbesserten Zuflusses voll nutzen. Vor dem Hintergrund erheblicher Anstrengungen, den Ausfördergrad von Lagerstätten zu verbessern, war die Entwicklung einer solchen Pumpe für den Einsatz in Öl – oder Gasbohrungen geboten, um damit unter anderem auch die Bemühungen von Enhanced Oil Recovery (EOR) -Maßnahmen zu unterstützen. Schraubenspindelpumpen In einem achtförmigen Gehäuse rotieren gegenläufig zwei Wellen, welche jeweils zwei miteinander kämmende Schraubenpaare tragen. Dabei werden Förderkammern gebildet, die beim Rotieren von der Einlassseite zur Druckseite bewegt werden (Abb. 1). Die Förderelemente arbeiten berührungsfrei und sind von Spalten umgeben, welche durch eine Dichtflüssigkeit, in der Regel das Fördermedium selbst, abgedichtet werden. Die Lagerung der Rotoren erfolgt in der Regel außerhalb des Fördergehäuses. Hochsichere Dichtsysteme verhindern den Austritt des Fördergutes. Abb. 1 Rotorsatz einer Schraubenspindelpumpe Das Förderprinzip ist unabhängig von den Eigenschaften des geförderten Mediums. Damit hängt der erreichte Differenzdruck nicht von der Mediendichte ab. Die Pumpe reagiert auf das umgebende System und passt den generierten Auslassdruck den Anforderungen des nachgeschalteten Leitungssystems an. Die Einstellung des Förderstroms erfolgt durch Anpassung der Drehzahl. Bei der Druckerhöhung von Fluiden fallen Reibungs- und Verdichtungswärme an. Der Abtransport dieser Verlustwärme erfolgt mit dem</p>

<p>Pumpen und Kompressoren für den Weltmarkt 2017 Kurzfassung „Easy oil is over“ – nach Jahrzehnten der Nutzung leicht zu fördernder Öl- und Gasreserven gehen diese Vorräte zu Ende und es steht die Entwicklung von zunehmend schwieriger zu fördernden Feldern an. Mit konventionellen Methoden werden durchschnittliche Ausförderungsgrade von 30 bis 40% erreicht.</p> <p>Eine effiziente Methode zur Erhöhung des Ausfördergrades von Erdöl und Erdgas aus ihren Lagerstätten besteht darin, Mehrphasen-Downhole-Schraubenspindelaggregate (MDA) in den Bohrlöchern in unmittelbarer Nähe der Lagerstätten zu installieren und damit zur Sicherung der fossilen Energieversorgung der Menschheit über einen langen Zeitraum beizutragen. Das Mehrphasenpumpen-Downhole-Aggregat (MDA) nutzt die Prinzipvorteile der Verdrängerpumpen in berührungsloser Bauweise und erlaubt damit eine unabhängige Kontrolle der zwei Hauptförderparameter Förderdruck und Fördermenge. Mehrphasen-Downhole-Schraubenspindelaggregate wurden für zwei Hauptanwendungen entwickelt: Zur Förderung von gasbeladenen Ölquellen – dies gestattet den Einsatz des MDA in unmittelbarer Nähe der ölführenden Formation. Zum (An-)Fördern von flüssigkeitsbeladenen Gasbohrungen. Mit ihrer Fähigkeit, Öl und Gas in nahezu beliebigen Fraktionen zu fördern, erweitern diese Maschinen den Einsatzbereich von konventionellen Bohrlochpumpen und leisten einen wesentlichen Beitrag bei der Nutzung schwierig zu fördernder Lagerstätten. Ein weiterer Beitrag wird durch die Zerlegung der Gesamtförderaufgabe in Teilaufgaben geleistet, die von entsprechenden „Förderspezialisten“ gelöst werden. Dazu werden MDA`s in Bohrlöchern in Kombination mit obertägigen Mehrphasenschraubenspindelpumpen eingesetzt und damit bisher nicht erreichte Effizienzgrade erzielt. Einleitung Schraubenspindelpumpen sind in der Erdöl – Erdgasindustrie seit Jahren bestens bekannt. Sie finden besonders dann ihren Einsatz, wenn es um höher viskose Medien geht oder starke Veränderungen des Transportvolumens durch Drehzahlregelung gewünscht sind. Durch ihren volumetrischen Charakter sind sie darüber hinaus auch für den Transport von Mehrphasengemischen (Öl, Wasser und Gas) hervorragend geeignet. Seit den neunziger Jahren werden Mehrphasenpumpen obertägig eingesetzt, um den Druck am Kopf des Bohrloches (Kopfdruck) von den Transportverlusten des Fördergutes zur Verarbeitungsstelle zu entlasten. Der reduzierte Kopfdruck entlastet die eingesetzte Fördertechnik und hat zusätzlich eine positive Wirkung auf den Zufluss der zu fördernden Kohlenwasserstoffe aus der Lagerstätte. Mit der Druckabsenkung geht eine weitere Entgasung sowie eine entsprechende Expansion der entlösten Gase einher, was dieser Maßnahme aufgrund von ansteigendem Bau- und Energieaufwand wirtschaftliche Grenzen bei einem Kopfdruck von 2 – 5 bar setzt. Für eine weitergehende Verbesserung des Zuflusses durch Druckabsenkung im Bohrloch ist der Einsatz von Bohrlochpumpen erforderlich. Im Fall von konventionellen Bohrlochpumpen, welche nur für die Förderung von Flüssigkeiten geeignet sind, ist der Effekt jedoch begrenzt. Zum Vermeiden von Pumpenschäden durch Gasentlösungen vor der Pumpe ist ein genügend großer Flüssigkeitsstand in der Förderbohrung einzuhalten. Erst mit dem Einsatz von Mehrphasen-Downholepumpen lässt sich der Vorteil eines verbesserten Zuflusses voll nutzen. Vor dem Hintergrund erheblicher Anstrengungen, den Ausfördergrad von Lagerstätten zu verbessern, war die Entwicklung einer solchen Pumpe für den Einsatz in Öl – oder Gasbohrungen geboten, um damit unter anderem auch die Bemühungen von Enhanced Oil Recovery (EOR) -Maßnahmen zu unterstützen. Schraubenspindelpumpen In einem achtförmigen Gehäuse rotieren gegenläufig zwei Wellen, welche jeweils zwei miteinander kämmende Schraubenpaare tragen. Dabei werden Förderkammern gebildet, die beim Rotieren von der Einlassseite zur Druckseite bewegt werden (Abb. 1). Die Förderelemente arbeiten berührungsfrei und sind von Spalten umgeben, welche durch eine Dichtflüssigkeit, in der Regel das Fördermedium selbst, abgedichtet werden. Die Lagerung der Rotoren erfolgt in der Regel außerhalb des Fördergehäuses. Hochsichere Dichtsysteme verhindern den Austritt des Fördergutes. Abb. 1 Rotorsatz einer Schraubenspindelpumpe Das Förderprinzip ist unabhängig von den Eigenschaften des geförderten Mediums. Damit hängt der erreichte Differenzdruck nicht von der Mediendichte ab. Die Pumpe reagiert auf das umgebende System und passt den generierten Auslassdruck den Anforderungen des nachgeschalteten Leitungssystems an. Die Einstellung des Förderstroms erfolgt durch Anpassung der Drehzahl. Bei der Druckerhöhung von Fluiden fallen Reibungs- und Verdichtungswärme an. Der Abtransport dieser Verlustwärme erfolgt mit dem</p>