AT519018B1

AT519018B1 - Verfahren zur Optimierung einer Bohrloch-Förderleistung

Info

Publication number: AT519018B1
Application number: ATA51003/2016A
Authority: AT
Inventors: Karl Kaiser Dr
Original assignee: Schneider Electric Power Drives Gmbh
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-03-15
Also published as: AT519018A4

Abstract

Verfahren zur Optimierung der Förderleistung einer Bohrloch- Fördervorrichtung umfassend eine im Bohrloch angeordnete Förderpumpe mit einer die Förderleistung bestimmenden und von einer Drehzahl der Förderpumpe abhängigen Fördergröße (Q, P), bei dem vorgeschlagen wird, dass eine zeitabhängige, stetige Sollwertfunktion (Qn, Pn) für die drehzahlgeregelte Fördergröße (Q, P) der Förderpumpe vorgegeben wird, wobei die Sollwertfunktion (Qn, Pn) aus einem Konstantwert (Qb, Pb) und einem zeitabhängigen Wert (Qt, Pt) gebildet wird, und bei einer Unstetigkeit der gemessenen Fördergröße (Qa, Pa) der Messwert (Qmax, Pmin) der gemessenen Fördergröße (Q, P) zum Zeitpunkt (t1) der ermittelten Unstetigkeit oder ein vorgegebener Prozentsatz dieses Messwerts (f(Qmax), f(Pmin)) der neue Konstantwert (Qb, Pb) der Sollwertfunktion (Qn, Pn) ist. Mithilfe der erfindungsgemäßen Regelung kann die Förderleistung einer Bohrloch-Fördervorrichtung optimiert und die Förderpumpe hierfür in einem optimalen Betriebspunkt betrieben werden.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Förderleistung einer Bohrloch-Fördervorrichtung umfassend eine im Bohrloch angeordnete Förderpumpe mit einer die Förderleistung bestimmenden und von einer Drehzahl der Förderpumpe abhängigen Fördergröße, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

[0002] Bohrloch-Fördervorrichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Derartige Fördervorrichtungen werden in Bohrlöchern verwendet und zur Förderung eines Fördermediums wie Öl oder dergleichen 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 im Bohrloch angeordnet und üblicherweise mittels eines elektrischen Antriebs angetrieben. Als Förderpumpen finden insbesondere Exzenterschneckenpumpen („Progressive Cavity Pumps", PCP) sowie Zentrifugalpumpen („Electric Submersible Pumps", ESP) Einsatz.

[0003] Die wichtigste Größe zur Beurteilung der Produktivität eines Ölfeldes ist die Förderrate, die die Fördermenge pro Zeit angibt. Das Ölfördermaximum („maximum inflow rate") ist die maximale Förderrate, die ein Ölfeld im Laufe seiner Bewirtschaftung erreichen kann. In der Regel steigt die Förderrate sehr schnell bis zum Erreichen des Fördermaximums an, und fällt danach relativ langsam und mehr oder weniger kontinuierlich wieder ab. Die Förderrate ist stark vom Lagerstättentyp abhängig. Hiervon wird im Folgenden die Förderleistung der Bohrloch-Fördervorrichtung unterschieden, die im Wesentlichen vom Betriebspunkt der Förderpumpe abhängt. Für den effizienten Betrieb einer Bohrloch-Fördervorrichtung muss die Förderleistung optimiert werden, indem die Förderpumpe optimal betrieben wird, nämlich im Bereich des Ölfördermaximums, beispielsweise bei etwa 80% des Ölfördermaximums. Das Ölfördermaximum eines bestimmten Bohrlochs ist aber nicht ohne weiteres bekannt und verändert sich auch im Laufe der Betriebszeit. Es stellt sich daher die Frage, wie der optimale Betriebspunkt der Förderpumpe gefunden werden kann, wenn das aktuelle Ölfördermaximum nicht bekannt ist.

[0004] In herkömmlicher Weise ist es etwa bekannt, einen optimalen Betriebspunkt über Pumpenmodelle zu bestimmen. Hierbei wird versucht die Lagerstätte sowie die Förderpumpe bestmöglich in einem mathematischen Modell zu erfassen und den optimalen Betriebspunkt der Förderpumpe zu errechnen. Diese Modelle sind aber aufwändig und hängen in ihrer Genauigkeit von der genauen Bestimmung einer Vielzahl an Eingabeparameter ab, die aber mitunter nur schwer oder nur mit unzureichender Genauigkeit ermittelt werden können.

[0005] Es ist daher das Ziel der Erfindung die Förderleistung einer Bohrloch-Fördervorrichtung zu optimieren und die Förderpumpe hierfür in einem optimalen Betriebspunkt zu betreiben. Diese Optimierung soll vergleichsweise einfach und automatisierbar sein.

[0006] Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung der Förderleistung einer Bohrloch-Fördervorrichtung umfassend eine im Bohrloch angeordnete Förderpumpe mit einer die Förderleistung bestimmenden und von einer Drehzahl der Förderpumpe abhängigen Fördergröße, wobei erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass eine zeitabhängige, stetige Sollwertfunktion für die drehzahlgeregelte Fördergröße der Förderpumpe vorgegeben wird, wobei die Sollwertfunktion aus einem Konstantwert und einem zeitabhängigen Wert gebildet wird, und bei einer Unstetigkeit der gemessenen Fördergröße der Messwert der gemessenen Fördergröße zum Zeitpunkt der ermittelten Unstetigkeit oder ein vorgegebener Prozentsatz dieses Messwerts der neue Konstantwert der Sollwertfunktion ist.

[0007] Bei einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Fördergröße um die Durchflussmenge einer Exzenterschneckenpumpe, wobei die erfindungsgemäß ermittelte Unstetigkeit als eine über einen vorgegebenen Zeitraum bestehende und eine vorgegebene Mindestgröße überschreitende Abweichung der gemessenen Durchflussmenge vom jeweils vorge- gebenen Sollwert detektiert wird.

[0008] Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Fördergröße um den Ansaugdruck an der Ansaugseite einer Zentrifugalpumpe, wobei die Unstetigkeit als unstetiger Abfall des Pumpendrehmoments detektiert wird.

[0009] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante wird dabei der zeitabhängige Wert der Sollwertfunktion zum Zeitpunkt der ermittelten Unstetigkeit auf Null gesetzt. Zudem kann vorgesehen sein, dass der zeitabhängige Wert der Sollwertfunktion erst nach Ablauf einer Verzögerungszeitdauer nach dem Zeitpunkt der ermittelten Unstetigkeit bei Null beginnend dem Konstantwert hinzugefügt wird.

[0010] Als besonders einfache Sollwertfunktion kann etwa vorgesehen sein, dass der zeitabhängige Wert der Sollwertfunktion eine lineare Funktion ist. In diesem Fall zeigt sich ein sägezahnartiger Verlauf der Sollwertfunktion. Grundsätzlich könnten sich aber auch andere Verläufe als ein linearer Verlauf als geeignet erweisen.

[0011] Die Erfindung verwirklicht somit ein Regelverfahren, mit dem die Förderpumpe in einem optimalen Betriebspunkt betrieben wird. Dieses Regelverfahren schlägt einerseits geeignete Regelgrößen vor, um die Förderpumpe in einem optimalen Betriebspunkt zu betreiben, sowie Möglichkeiten der Detektion eines Ölfördermaximums im Zuge der Regelung. Für eine Exzenterschneckenpumpe wird als Regelgröße die Durchflussmenge der Exzenterschneckenpumpe vorgeschlagen, und für eine Zentrifugalpumpe der Ansaugdruck an der Ansaugseite der Zentrifugalpumpe. Als Stellgröße der erfindungsgemäßen Regelung dient jeweils die Drehzahl der Förderpumpe. Erfindungsgemäß wird für die Fördergröße eine zeitabhängige, stetige Sollwertfunktion für die drehzahlgeregelte Fördergröße der Förderpumpe vorgegeben, etwa in Form einer linearen Sollwertfunktion, die aus einem Konstantwert und einem zeitabhängigen Wert gebildet wird, der zum Konstantwert addiert wird. Zum Start der Regelung kann bei einer konstanten Drehzahl zunächst abgewartet werden, bis sich die Fördergröße nicht mehr ändert. Dieser Messwert der Fördergröße kann als erster Konstantwert herangezogen werden. Für den zeitabhängigen Wert muss eine Steigung geeignet vorgegeben werden, die von der jeweiligen Fördersituation abhängt. Der zeitabhängige Wert der Sollwertfunktion für die Fördergröße kann durchaus langsam ansteigen, etwa über einen Tag oder mehrere Tage, oder auch länger, wobei die Fördergröße über Nachregelung der Drehzahl der Förderpumpe an den jeweiligen Sollwert angepasst wird. Der Messwert der Fördergröße wird daher der Sollwertfunktion zunächst folgen.

[0012] Die steigende Drehzahl der Förderpumpe ist dabei zunächst mit einer steigenden Förderleistung verbunden. Eine Exzenterschneckenpumpe beispielsweise fördert pro Umlauf des Rotors ein konstantes Fördervolumen, das von der Pumpengröße abhängt. Eine 360°-Drehung bei freiem Auslauf ergibt dabei die volumetrische Fördermenge pro Umdrehung. Die Pumpenfördermenge lässt sich somit über die Drehzahl in annähernd linearer Weise verändern. Die tatsächliche Fördermenge ist aber auch vom sich einstellenden Gegendruck abhängig, sodass stets ein Anteil der Fördermenge von der Druck- zur Saugseite strömt. Diese „Schlupf-Verluste" sind anhand der Kennlinie als Differenz zwischen dem theoretischen und dem tatsächlichen Förderstrom ersichtlich, sodass die Abhängigkeit der Pumpenfördermenge von der Drehzahl Abweichungen von einem linearen Verlauf zeigt. Äquivalentes gilt für die Zentrifugalpumpe („Electric Submersible Pumps", ESP), jedoch mit quadratischem Zusammenhang, wobei die Abweichungen von der jeweiligen Pumpenkennlinie für die erfindungsgemäße Regelung weniger entscheidend sind, da die drehzahlabhängige Fördergröße, also die Durchflussmenge bei der Exzenterschneckenpumpe und der Ansaugdruck bei der Zentrifugalpumpe, ohnehin gemessen und bei Bedarf an den jeweils aktuellen Sollwert über entsprechende Einstellung der Drehzahl nachgeregelt werden.

[0013] Bei einem optimalen Betrieb einer Exzenterschneckenpumpe würde die Drehzahl so gewählt werden, dass die Durchflussmenge der Förderpumpe dem Ölfördermaximum entspricht. Ein Überschreiten des Ölfördermaximums zeigt sich bei einer Exzenterschneckenpumpe in einem scharfen Abfall („pump off") der Durchflussmenge bei konstant bleibender Dreh zahl. Bei einer Zentrifugalpumpe („Electric Submersible Pumps", ESP) zeigt sich bei zunehmender Drehzahl zunächst ein abnehmender Ansaugdruck, der bei Überschreiten des Ölfördermaximums über einen unstetigen Übergang wieder ansteigt. Dieser Übergang korreliert bei der Zentrifugalpumpe neben einem scharfen Abfall der Durchflussmenge auch mit einem scharfen Abfall des Pumpendrehmoments. Beide Sachverhalte können bei der erfindungsgemäßen Regelung zur Detektion eines Ölfördermaximums benutzt werden, indem das Auftreten einer Unstetigkeit der gemessenen Fördergröße im Zuge der stetig ansteigenden Sollwertfunktion für diese Fördergröße detektiert wird. Bei einer Exzenterschneckenpumpe weist nur die gemessene Durchflussmenge eine gut messbare Unstetigkeit zur Detektion des Ölfördermaximums auf. Bei der Zentrifugalpumpe wird die Unstetigkeit im Verlauf des gemessenen Ansaugdrucks mithilfe des Pumpendrehmoments oder der Durchflussmenge detektiert und zur Identifikation des Ölfördermaximums heerangezogen.

[0014] Erfindungsgemäß wird in weiterer Folge so verfahren, dass der Messwert der gemessenen Fördergröße zum Zeitpunkt der ermittelten Unstetigkeit oder ein vorgegebener Prozentsatz dieses Messwerts als neuer Konstantwert der Sollwertfunktion herangezogen wird. Der zeitabhängige Wert der Sollwertfunktion wird zum Zeitpunkt der ermittelten Unstetigkeit auf Null gesetzt und vorzugsweise erst nach Ablauf einer Verzögerungszeitdauer nach dem Zeitpunkt der ermittelten Unstetigkeit bei Null beginnend dem Konstantwert wieder hinzugefügt. Diese erfindungsgemäße Regelung erreicht, dass die Förderpumpe stets im Bereich des Ölfördermaximums betrieben wird, auch wenn das Ölfördermaximum zunächst nicht bekannt ist oder sich im Laufe der Regelung ändert.

[0015] Die Erfindung wird in weiterer Folge anhand der beiliegenden Zeichnungen mithilfe von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen hierbei die [0016] Fig. 1 die erfindungsgemäße Regelung der Durchflussmenge als Fördergröße einer

Exzenterschneckenpumpe, [0017] Fig. 2 die Identifikation des Ölfördermaximums im Zuge der erfindungsgemäßen

Regelung bei einer Exzenterschneckenpumpe, [0018] Fig. 3 die Generierung der Sollwertfunktion für die erfindungsgemäße Regelung der

Durchflussmenge als Fördergröße einer Exzenterschneckenpumpe, [0019] Fig. 4 die erfindungsgemäße Regelung des Ansaugdrucks als Fördergröße einer

Zentrifugalpumpe, [0020] Fig. 5 die Identifikation des minimalen Ansaugdrucks, bei dem das Ölfördermaximum im Zuge der erfindungsgemäßen Regelung bei einer Zentrifugalpumpe erreicht wird, und die [0021] Fig. 6 die Generierung der Sollwertfunktion für die erfindungsgemäße Regelung des

Ansaugdrucks als Fördergröße einer Zentrifugalpumpe.

[0022] Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen, um die erfindungsgemäße Regelung einer Exzenterschneckenpumpe zu erläutern. Für eine Exzenterschneckenpumpe wird als Regelgröße die Durchflussmenge Q der Exzenterschneckenpumpe vorgeschlagen. Als Stellgröße der erfindungsgemäßen Regelung dient die Drehzahl der Förderpumpe. Erfindungsgemäß wird für die Durchflussmenge Q eine zeitabhängige, stetige Sollwertfunktion Qn für die drehzahlgeregelte Durchflussmenge Q der Förderpumpe vorgegeben, in der gezeigten Ausführungsform etwa in Form einer linearen Sollwertfunktion Qn, die aus einem Konstantwert Qb und einem zeitabhängigen Wert Q, gebildet wird, der zum Konstantwert Qb addiert wird. Zum Start der Regelung kann bei einer konstanten Drehzahl zunächst abgewartet werden, bis sich die Durchflussmenge Q nicht mehr ändert. Dieser Messwert für die Durchflussmenge Q kann als erster Konstantwert Qb herangezogen werden. Für den zeitabhängigen Wert Q, muss eine Steigung entsprechend einem Wertepaar (QTs, tTS) geeignet vorgegeben werden, die von der jeweiligen Fördersituation abhängt. Der zeitabhängige Wert Qt der Sollwertfunktion Qn für die Durchflussmenge Q kann durchaus langsam ansteigen, etwa über einen Tag oder mehrere

Tage, oder auch länger. Das hierfür maßgebliche Wertepaar (QTs, tTS) kann beim Start der Regelung zunächst anders gewählt werden, als im weiteren Verlauf der Regelung, etwa um den ersten Messwert für den Konstantwert Qb schneller zu ermitteln. Die Durchflussmenge Q wird gleichzeitig gemessen und über Nachregelung der Drehzahl der Exzenterschneckenpumpe an den jeweiligen Sollwert Qn angepasst. Die gemessene Durchflussmenge Qa für die Durchflussmenge Q wird der Sollwertfunktion Qn daher zunächst folgen.

[0023] Während des Betriebes eines Bohrlochs wird stets ein Betriebspunkt erreicht, bei dem die Menge des zufließenden Fördermediums zur Förderpumpe pro Zeiteinheit einen Maximalwert erreicht, die so genannte Förderrate des jeweiligen Bohrlochs, welche über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten werden kann und dem maximalen Zufluss der Lagerstätte zum Bohrloch entspricht. Mehr als diese Förderrate des Bohrlochs kann somit von der Förderpumpe nicht abgepumpt werden. Dieses Maximum ist in der Fig. 1 als Ölfördermaximum Qmax eingezeichnet. Ein Überschreiten des Ölfördermaximums Qmax zeigt sich bei einer Exzenterschneckenpumpe in einem scharfer Abfall („pump off") der Durchflussmenge Q bei konstanter Drehzahl und somit in einer Abweichung AQ vom vorgegebenen Sollwert Qn. Dieser Sachverhalt wird bei der erfindungsgemäßen Regelung zur Detektion eines Ölfördermaximums Qmax benutzt, indem das Auftreten einer Unstetigkeit der gemessenen Durchflussmenge Qa im Zuge der stetig ansteigenden Sollwertfunktion Qn für die Durchflussmenge Q detektiert wird. Bei einer Exzenterschneckenpumpe weist die gemessene Durchflussmenge Qa eine gut messbare Unstetigkeit zur Detektion des Ölfördermaximums Qmax auf, indem eine über einen vorgegebenen Zeitraum tmax bestehende und eine vorgegebene Mindestgröße AQmax überschreitende Abweichung AQ der gemessenen Durchflussmenge Qa vom jeweils vorgegebenen Sollwert Qn detektiert wird.

[0024] In weiterer Folge wird die gemessene Durchflussmenge Qa zum Zeitpunkt L der ermittelten Unstetigkeit als Ölfördermaximum Qmax interpretiert und ein vorgegebener Prozentsatz f(QmaX(ti)) dieses Messwerts, beispielsweise 80%, als neuer Konstantwert Qb(ti) der Sollwertfunktion Qn herangezogen. Der zeitabhängige Wert Q, der Sollwertfunktion Qn wird zum Zeitpunkt ti der ermittelten Unstetigkeit auf Null gesetzt und vorzugsweise erst nach Ablauf einer Verzögerungszeitdauer tq nach dem Zeitpunkt L der ermittelten Unstetigkeit bei Null beginnend dem neuen Konstantwert Qb(ti) wieder hinzugefügt. Die Durchflussmenge Q wird in weiterer Folge auf einen neuen, niedrigeren Sollwert Qn geregelt und beginnt danach wieder anzusteigen. Diese erfindungsgemäße Regelung erreicht, dass die Förderpumpe stets im Bereich des Olfördermaximums Qmax betrieben wird, auch wenn das Ölfördermaximum Qmax zunächst nicht bekannt ist oder sich im Laufe der Regelung ändert. Die Identifikation des Ölfördermaximums Qmax im Zuge der erfindungsgemäßen Regelung einer Exzenterschneckenpumpe wird nochmals anhand der Fig. 2 erläutert. Der jeweils aktuelle Sollwert Qn für die Durchflussmenge Q wird mit der gemessenen Durchflussmenge Qa verglichen, eine Abweichung AQ ermittelt und über einen PID-Regler entsprechend nachgeregelt. Die ermittelte Abweichung AQ wird ferner für die Generierung eines binären Signals poff („pump off'-Detektionssignal) herangezogen, das „Eins" ist, falls die ermittelte Abweichung AQ der gemessenen Durchflussmenge Qa vom jeweils vorgegebenen Sollwert Qn über einen vorgegebenen Zeitraum tmax eine vorgegebene Mindestgröße AQmax überschreitet, andernfalls ist das Signal p0ff „Null". Falls das binäre Signal p0ff auf „Eins" gesetzt ist, wird die zu diesem Zeitpunkt L gemessene Durchflussmenge Qa erhoben und als Ölfördermaximum Qmax interpretiert.

[0025] Das binäre Signal p0ff stellt somit das „pump off"- Detektionssignal dar und kann gemeinsam mit dem auf diese Weise ermittelten Ölfördermaximum Qmax für eine erfindungsgemäße Regelung verwendet werden, wie anhand der Fig. 3 erläutert wird. Bei Ermittlung eines Ölfördermaximums Qmax wird der zeitabhängige Wert Q, der Sollwertfunktion Qn auf Null gesetzt („Reset") und vorzugsweise erst nach Ablauf einer Verzögerungszeitdauer tq ein Konstantwert Qb hinzugefügt. Dieser Konstantwert Qb ist die vorgegebene Durchflussmenge beim Start der Regelung, die in der Fig. 3 als Qautomation bezeichnet wird, oder bei Kenntnis eines bereits ermittelten Ölfördermaximums Qmax eine Funktion f(Qautomation, Qmax)· Dieser Konstantwert Qb wird dem zeitabhängigen Wert Q, zur Generierung einer Sollwertfunktion Qn hinzugefügt. Mithilfe dieser Sollwertfunktion Qn wird in weiterer Folge die Regelung der Durchflussmenge Q wie anhand der Fig. 1 und 2 erläutert durchgeführt.

[0026] In weiterer Folge wird auf die Fig. 4 bis 6 Bezug genommen, um die erfindungsgemäße Regelung einer Zentrifugalpumpe zu erläutern. Für eine Zentrifugalpumpe wird als Regelgröße der Ansaugdruck P an der Ansaugseite der Zentrifugalpumpe vorgeschlagen. Als Stellgröße der erfindungsgemäßen Regelung dient die Drehzahl der Förderpumpe. Erfindungsgemäß wird für den Ansaugdruck P eine zeitabhängige, stetige Sollwertfunktion Pn für den drehzahlgeregelten Ansaugdruck P der Förderpumpe vorgegeben, in der gezeigten Ausführungsform etwa in Form einer linearen Sollwertfunktion Pn, die aus einem Konstantwert Pb und einem zeitabhängigen Wert P, gebildet wird, der vom Konstantwert Pb subtrahiert wird. Zum Start der Regelung kann bei einer konstanten Drehzahl zunächst abgewartet werden, bis sich der Ansaugdruck P nicht mehr ändert. Dieser Messwert für den Ansaugdruck P kann als erster Konstantwert Pb herangezogen werden. Für den zeitabhängigen Wert P, muss eine Steigung entsprechend einem Wertepaar (PTS, tTs) geeignet vorgegeben werden, die von der jeweiligen Fördersituation abhängt. Der zeitabhängige Wert P, der Sollwertfunktion Pn für den Ansaugdruck P kann durchaus langsam ansteigen, etwa über einen Tag oder mehrere Tage, oder auch länger. Das hierfür maßgebliche Wertepaar (PTS, tTS) kann beim Start der Regelung zunächst anders gewählt werden, als im weiteren Verlauf der Regelung, etwa um den ersten Messwert für den Konstantwert Pb schneller zu ermitteln.

[0027] Der Ansaugdruck P wird gleichzeitig gemessen und über Nachregelung der Drehzahl der Zentrifugalpumpe an den jeweiligen Sollwert Pn angepasst. Der gemessene Ansaugdruck Pa wird der Sollwertfunktion Pn daher zunächst folgen (Fig. 4). Bei einer Zentrifugalpumpe zeigt sich bei zunehmender Drehzahl zunächst ein abnehmender Ansaugdruck P, der bei Überschreiten eines optimalen Betriebspunkts über einen unstetigen Übergang wieder ansteigt. Dieser Übergang korreliert bei der Zentrifugalpumpe mit einem scharfen Abfall des Pumpendrehmoments. Bei der Zentrifugalpumpe wird die Unstetigkeit im Verlauf des gemessenen Ansaugdrucks P somit mithilfe der Pumpendrehzahl und des Pumpendrehmoments oder der gemessenen Durchflussmenge unter Heranziehung der Pumpenkennlinie detektiert und zur Identifikation des optimalen Betriebspunkts herangezogen. Dieser Betriebspunkt ist in der Fig. 4 als minimaler Ansaugdruck Pmin eingezeichnet.

[0028] In weiterer Folge wird der gemessene Ansaugdruck Pmin zum Zeitpunkt ti der ermittelten Unstetigkeit als Grenzbetriebspunkt, charakterisiert durch Ansaugdruck und Pumpendrehzahl, interpretiert, der hinsichtlich Ansaugdruck nicht unterschritten werden soll und bei dem die maximale Fördermenge (Förderrate des Bohrlochs) bei einem geringwertig höheren Ansaugdruck erreicht wird. Basierend auf diesem Betriebspunkt kann ein vorgegebener Prozentsatz f(Pmin (ti)) dieses Messwerts Pmin, beispielsweise 80%, als neuer Konstantwert Pb(ti) der Sollwertfunktion Pn herangezogen werden. Der zeitabhängige Wert P, der Sollwertfunktion Pn wird zum Zeitpunkt ti der ermittelten Unstetigkeit auf Null gesetzt und vorzugsweise erst nach Ablauf einer Verzögerungszeitdauer tq nach dem Zeitpunkt ti der ermittelten Unstetigkeit bei Null beginnend dem neuen Konstantwert Pb(ti) wieder als Negativwert hinzugefügt, sobald der Ansaugdruck den neuen Konstantwert Pb(ti) erreicht hat. Der Ansaugdruck P wird in weiterer Folge mithilfe einer neuen Sollwertfunktion Pn geregelt. Diese erfindungsgemäße Regelung erreicht, dass die Förderpumpe stets im Bereich des optimalen Betriebspunkts der maximalen Förderleistung betrieben wird.

[0029] Die Identifikation des minimalen Ansaugdrucks Pmin im Zuge der erfindungsgemäßen Regelung einer Zentrifugalpumpe wird nochmals anhand der Fig. 5 erläutert. Der jeweils aktuelle Sollwert Pn für den Ansaugdruck P wird mit dem gemessenen Ansaugdruck Pa verglichen und über einen PID-Regler entsprechend nachgeregelt. Gleichzeitig wird das Pumpendrehmoment gemessen und für die Generierung eines binären „pump off"-Detektionssignals poff herangezogen, das „Eins" ist, falls ein plötzlicher Abfall des Pumpendrehmoments detektiert wird, andernfalls ist das Signal „Null". Falls das „pump off"-Detektionssignal auf „Eins" gesetzt ist, wird der zu diesem Zeitpunkt ti gemessene Ansaugdruck Pa erhoben und als minimaler Ansaugdruck Pmin interpretiert.

[0030] Das „pump off"-Detektionssignal p0ff kann gemeinsam mit dem auf diese Weise ermittelten minimalen Ansaugdruck Pmin für eine erfindungsgemäße Regelung verwendet werden, wie anhand der Fig. 6 erläutert wird. Bei Ermittlung eines minimalen Ansaugdrucks Pmin wird der zeitabhängige Wert P, der Sollwertfunktion Pn auf Null gesetzt („Reset") und vorzugsweise erst nach Ablauf einer Verzögerungszeitdauer tq vom Konstantwert Pb als Negativwert hinzugefügt. Dieser Konstantwert Pb ist etwa beim Start der Regelung ein anfänglich gemessener Ansaugdruck P, der in der Fig. 6 als Pautomation bezeichnet wird, oder eine Funktion f(Pautomation, Pmin) bei Kenntnis eines bereits ermittelten minimalen Ansaugdrucks Pmin. Dieser Konstantwert Pb wird dem zeitabhängigen Wert P, zur Generierung einer Sollwertfunktion Pn hinzugefügt. Mithilfe dieser Sollwertfunktion Pn wird in weiterer Folge die Regelung des Ansaugdrucks P wie anhand der Fig. 4 und 5 erläutert durchgeführt.

[0031] Mithilfe der erfindungsgemäßen Regelung kann die Förderleistung einer Bohrloch-Fördervorrichtung optimiert und die Förderpumpe hierfür in einem optimalen Betriebspunkt betrieben werden. Diese Optimierung ist dabei vergleichsweise einfach und automatisierbar.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Optimierung der Förderleistung einer Bohrloch-Fördervorrichtung umfassend eine im Bohrloch angeordnete Förderpumpe mit einer die Förderleistung bestimmenden und von einer Drehzahl der Förderpumpe abhängigen Fördergröße (Q, P), dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitabhängige, stetige Sollwertfunktion (Qn, Pn) für die drehzahlgeregelte Fördergröße (Q, P) der Förderpumpe vorgegeben wird, wobei die Sollwertfunktion (Qn, Pn) aus einem Konstantwert (Qb, Pb) und einem zeitabhängigen Wert (Qt, Pt) gebildet wird, und bei einer Unstetigkeit der gemessenen Fördergröße (Qa, Pa) der Messwert (Qmaxj Pmin) der gemessenen Fördergröße (Q, P) zum Zeitpunkt (ti) der ermittelten Unstetigkeit oder ein vorgegebener Prozentsatz dieses Messwerts (f(Qmax), f(Pmin)) der neue Konstantwert (Qb, Pb) der Sollwertfunktion (Qn, Pn) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Fördergröße (Q, P) um die Durchflussmenge (Q) einer Exzenterschneckenpumpe handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unstetigkeit als eine über einen vorgegebenen Zeitraum (tmax) bestehende und eine vorgegebene Mindestgröße (AQmax) überschreitende Abweichung (ΔΟ) der gemessenen Durchflussmenge (Qa) vom jeweils vorgegebenen Sollwert (Qn) detektiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Fördergröße (Q, P) um den Ansaugdruck (P) an der Ansaugseite einer Zentrifugalpumpe handelt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unstetigkeit als unstetiger Abfall des Pumpendrehmoments oder der Durchflussmenge (Qa) detektiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitabhängige Wert (Qt, Pt) der Sollwertfunktion (Qn, Pn) zum Zeitpunkt (ti) der ermittelten Unstetigkeit auf Null gesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitabhängige Wert (Qt, Pt) der Sollwertfunktion (Qn, Pn) erst nach Ablauf einer Verzögerungszeitdauer (tq) nach dem Zeitpunkt (ti) der ermittelten Unstetigkeit bei Null beginnend dem Konstantwert (Qb, Pb) hinzugefügt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitabhängige Wert (Qt, P,) der Sollwertfunktion (Qn, Pn) eine lineare Funktion ist. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen