DE2217390C3 - Anlage zur Förderung eines Strömungsmittels verschiedener Dichte aus einem Tiefbohrloch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Förderung 35 durch eine Antriebswelle für den Drehzahlregler,
eines Strömungsmittels verschiedener Dichte aus Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Aneinem Tiefbohrloch durch eine Rohrleitung an die lage so aufgebaut, daß der D.ehzahlregler zur EinOberfläche mit einer im Bohrloch angeordneten und stellung des die Eingangswelle des Generators beaufmit der Rohrleitung gekuppelten Pumpe, einem im schlagenden Drehmoments eine Einrichtung besitzt.
Bohrloch angeordneten und mit der Pumpe gekup j Gemäß der Erfindung ist an die Antriebs- oder pel ten Elektromotor zum Antrieb der Pumpe und Eingangswelle des Generators ein veränderlicher Aneinem an der Oberfläche befindlichen und durch ein trieb gekuppelt. Dieser veränderliche Antrieb dreht elektrisches Kabel mit dem Motor gekuppelten elek- die Eingangswelle des Generators mit einem kontrischen Generator mit einer Eingangswelle, der zum stanten Drehmoment. Ein Motor, beispielsweise in Anschalten des Motors bei Erreichen einer Aus- « Form einer Brennkraftmaschine, kann zum Betrieb gangsspannung mit einem im wesentlichen konstan- des ein konstantes Drehmoment abgebenden veränten Verhältnis von Amplitude zur Frequenz ausge- derlichen Antriebs verwendet werden. Wenn sich die bildet ist. Strömungsmitteldichte verringert, dann erhöht sich

Es bestehen seit langem Schwierigkeiten beim For- die Drehzahl des Motors im Bohrloch, wodurch sich dem eines Strömungsmittels, so z. B. von Rohöl aus 50 auch die Drehzahl des elektrischen Generators ertiefen Schächten oder Bohrlöchern. Bei bekannten höht. Diese Drehzahlsteigerung des Generators löst Anlagen wird ein Motor mit Pumpe an der Basis des wiederum eine Erhöhung der Frequenz und der Am-Bohrloches angeordnet und über elektrische Antriebe plitude der am Motor anliegenden Spannung aus, an der Bohrlochoberf'äche betrieben. Bei dieser An- wodurch ein hoher Wirkungsgrad für die gesamte Ordnung betreibt der am unteren Ende des Bohrlo- 55 Anlage bestehenbleibt.

ches befindliche Motor die Pumpe, welche das Stm- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die

mungsmittel oder die Flüssigkeit durch eine Rohrlei- Anlage so ausgebildet, daß an die Antriebswelle des

tung an die Oberfläche hebt. Zur Erzielung eines ho- Drehzahlreglers ein Elektromotor angeschlossen ist,

hen Wirkungsgrades der Anlage ist das Motor-Pum- dem elektrische Energie über die Eingangsleitung pen-Aggregat am unteren Ende des Bohrloches grö- 60 eingespeist wird.

ßen- bzw. leistungsmäßig für die an diesem speziellen Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Aus-Förderort herrschende Dichte des Strömungsmittels führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichausgelegt. Nach Inbetriebnahme der Anlage wird das nung erläutert. In der Zeichnun ist
dichtere Strömungsmittel abgepumpt, worauf das F i g. 1 ein Blockfunktionsbild der erfindungsgeleichtere StrömungsmiuJi Jurch die Rohrleitung em- 65 mäßen Anlage,

porgehoben wird. Das leichtere Strömungsmittel F i g. 2 der Teil eines Blockfunktionsbildes mit

stellt für die am unteren Ende des Bohrloches be- einer anderen Einrichtung zur Zuführung von Ener-

findliche Anlage eine verringerte Last dar, weshalb gie an den drehzahl regelbaren Antrieb der Anlage.

F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung zur Der in F i g. 1 allgemein gezeigte Antrieb 26 kann

Förderung des Strömungsmittels, 10 von unterschied- ein Motor mit innerem Verbrennungsraum, ein Die-

licher Dichte aus einem tieten Bohrloch 11. Das am selmotor oder eine andere geeignete Anordnung sein,

Boden des Bohrloches angeordnete Aggregat 12 ent- welche für die erforderliche Beaufschlagung der

hält die durch die Dichtung 14 an den elektrischen 5 Welle 24 des Drehzahlreglers 23 sorgt. Natürlich

Motor 15 gekuppelte Pumpe 13. Wenn über das Ka- kann der Antrieb 26 auch durch einen zweiten Elek-

bel 16 Energie zugeführt wird, dann betreibt der Mo- tromotor 27 ersetzt werden, der zur Stromversorgung

tor Ϊ5 die Pumpe 13 und hebt damit das Strömungs- der Anlage über das Kabel oder die Leitung 28 an

mittel durch die Rohrleitung 17 für den Abfluß an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Die

die Oberfläche. _lo Erfindung ist nicht durch die Ausgestaltung der Ge-

An der Oberfläche befindet sich das Schaltbrett rate beschränkt, die für eine Eingangswinkelverset-18, an welchem ein elektrischer Eingang über das zung der Welle 24 und ein konstantes Drehmoment Kabel 20 her anliegt und das Energie über das Kabel an der Eingangswelle 22 des Generators sorgen. Der 16 an den Motor im Bohrloch abgibt. Das elektrische größere Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen AnSchaltbrett kann einen Transformator, Schutzrelais 15 Ordnung ergibt sich durch dieses konstante Drehmo- und andere Bausteine enthalte,,, die sich üblicher- ment zusammen mit einem Generator, der ein prakweise an einem Schaltbrett befinden. Zur Erläute- tisch konstantes Verhältnis Ausgangsspannung zu rung der Erfindung ist das Schaltbrett mit den züge- Frequenz abgibt,
hurenden Bauteilen nicht erforderlich. Bei Inbetriebnahme wird die Anlage anfangs für

Der elektrische Generator 21 ist mit der Eingangs- 20 die schwerere Lastbedingung des Strömungsmittels oder Antriebswelle 22 sowie mit den elektrischen am unteren Ende des Bohrloches eingestellt. Bei-Ausgangskontakten (nicht gezeigt) ausgestattet, an spielsweise kann unter diesen Bedingungen der Gewelche die elektrische Leitung 20 zur Übertragung nerator 21 eine Ausgangsspannung mit etwa 60 H7 der Energie über das Kabel 16 an den Motor im und einer gegebenen Amplitude erzeugen. Wenn das Bohrloch angeschlossen ist. Nach einem wichtigen as Strömungsmittel leichter wird, dann begegnet die Merkmal der Erfindung wird auf die Antriebswelle Pumpe 13 einer verringerten Last, und der Motor 15 des Generators 21 ein konstantes Drehmoment aus- strebt dazu, seine Drehzahl zu erhöhen. Bei Einwirgeübt. Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung kung eines konstanten Drehmomentes auf die Anbesteht darin, daß die Wicklung des Generators 21 triebswelle 22 des Generators 21 erhöht sich die so ausgelegt ist, daß seine Ausgangsspannung ein im 30 Drehzahl und damit auch die Frequenz des Generawesentlichen konstantes Verhältnis zwischen Ampli- tors 21 langsam bei einer gleichzeitigen Vergrößetude und Frequenz aufweist. Dies wird allgemein in rung der Amplitude seiner Ausgangsspannung. Dader Technik mit dem Ausdruck »Betrieb bei kon- durch wird ein konstanter Speisestrom für den Motor stanter Spannung pro Periode« bezeichnet. Mit der 15 und damit auch ein praktisch konstantes Diehmo-Einführung der Einheit Hertz wird diese Betriebsart 35 ment für die Pumpe 13 aufrechterhalten. Damit wird jetzt häufig »Konstante V/Hz« genannt. Beispiels- praktisch die gesamte Anlage der veränderlichen weise kann der Generator 21 mechanisch so ausge- Dichte des Strömungsmittels am Fuße des Bohrlolegt und gewickelt sein, daß er einwandfrei bei 90 Hz ches angepaßt.

arbeitet, selbst wenn seine Grunddrehzahl bei 60 Hz Mit der Erfindung wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden würde. Die physikalische Auslegung 40 ohne die Forderung für ein Rückführungssignal erist dann so gestaltet, daß sich heim Hochlaufen des reicht, um damit die über das Kabel 16 dem Motor Generators die Frequenz langsam auf 90Hz erhöht, 15 im Bohrloch eingespeiste Energie zu modulieren, wobei sich gleichzeitig auch die Amplitude der Span- Durch die Einwirkung eines praktisch konstanten nung um 50°/o vergrößert. Auf diese Weise wird Drehmoments auf den Generator, dessen Ausgaugsdurch Einwirken eines konstanten Drehmomentes 45 spannung wiederum ein konstantes Verhältnis Spanauf die Pumpe 13 die Magnetisierung des Motors 15 nung zu Frequenz aufweist, verändert die Anlage im Bohrloch im wesentlichen konstant gehalten. (praktisch) die Größe oder die Leistung der Pumpe

Das konstante Drehmoment wird auf die Welle 22 im Bohrloch ohne Notwendigkeit, das gesamte Ag-

durch den drehzahlregelnden Antrieb 23 ausgeübt. gregat 12 an die Oberfläche zu heben und mechani-

Dies kann eine regelbare Kupplung, eine regelbare 50 sehe Änderungen an der Pumpe vorzunehmen. Die

Drehzahlkupplung oder auch eine andere Anordnung Fördermenge einer solchen Pumpe ändert sich in

sein, die mechanisch über ihre Welle 24 angetrieben Abhängigkeit von der Drehzahl, und der Druck än-

wird und ein praktisch konstantes Drehmoment auf dert sich zum Quadrat der Drehzahl. Die erwünschte

die Generatorwelle 22 ausübt. Zum Anschluß ver- Wirtschaftlichkeit und der Wirkungsgrad werden

schiedener Drehzahlregler kann der Drehzahlstell- 55 ohne Notwendigkeit für eine Rückführungseinrich-

knopf 25 vorgesehen werden. Diese Drehzahleinstel- tung dadurch erreicht, daß an der Pumpe im Bohr-

lung 25 kann beispielsweise ein Steuergriff eines loch stets ein konstantes Drehmoment wirkt, wähdrehzahlregelnden Antriebs sein. Natürlich kann jt- rend die Pumpe ihre Drehzahl erhöhen kann, wenn der andere geeignete Antrieb dafür eingesetzt wer- das Strömungsmittel weniger dicht wird,

den, so lange, als ein konstantes Drehmoment auf die 60 Bei einer Anlage wurde durch den Einbau der in

Antriebswelle 22 des Generators 21 ausgeübt werden F i g. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung die kann. Im allgemeinen verarbeitet ein derartiger An- Produktion des Bohrloches von 220 auf 500 Barrels trieb die Veränderungen von Antriebsdrehzahl und pro Tag erhöht. Dies ist ein Beweis für den größeren Last, so daß das erforderliche Drehmoment beibe- Wirkungsgrad, der sich mit der in F i g. 1 gezeigten

halten wird. 65 Anlage erreichen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ι 2 pet„fancnriv^ auch der Wirkungsgrad der Anlage verringert wird. Patentansprüche. Es wurden bereits Versuche unternommen, den Wir-

1. Anlage zur Förderung eines Strömungsmit- kungsgrad der Anlage unabhängig von der Dichte tels verschiedener Dichte aus einem Tiefbohrloch des Strömungsmittels beizubehalten. So können beidurch eine Rohrleitung an die Oberfläche mit 5 spielsweise die am unteren Ende des Bohrloches einer im Bohrloch angeordneten und mit der herrschende Strömungsmitteldichte, die Motoren-Rohrleitung gekuppelten Pumpe, einem im Bohr- drehzahl oder andere Parameter abgetastet werden, loch angeordneten und mit der Pumpe gekuppel- um eine Anzeige für die sich ändernde Belastung zu ten Elektromotor zum Antrieb der Pumpe und erstellen. Dieses Signal kann zur Regelung der an der einem an der Oberfläche befindlichen und durch io Oberfläche befindlichen elektrischen Geräte, beispielsein elektrisches Kabel mit dem Motor gekuppel- weise an einen elektrischen Wechselrichter, zurückgeten elektrischen Generator mit einer Eineangs- führt werden, der die Erregungs- oder Auslösewelle, der zum Anschalten des Motors bei Errei- schwelle für den Motor am unteren Ende des Bohrchen einer Ausgangsspar.nung mit einen im we- loche- in Abhängigkeit von der wechselnden Last sentlichen konstanten Verhältnis von Amplitude 15 verändert. Natürlich entstehen durch die Anlage zur zur Frequenz ausgebildet ist, gekennzeich- Erzeugung des Rückführungssignals und durch die net durch einen an die Eingangswelle (22) Regelanordnung an der Oberfläche zusätzliche Kodes Generators (21) gekuppelten Drehzahlregler sten. Außerdem können die für das Rückführungs-(23) zur Beaufschlagung der Generatorwelle mit signal erforderlichen zusätzlichen elektrischen Leituneinem konstanten Drehmoment und durch eine 20 gen beschädigt werden und dadurch die Regelvor-Antriebswelle (24) für den Drehzahlregler. richtung ausfallen.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Davon ausgehend, besteht die Aufgabe der Erfinzeichnet, daß der Drehzahlregler (23) zur Einstel- dung darin, eine Anlage der eingangs genannten Art lung des die Eingangswelle (22) des Generators so auszubilden, daß der Wirkungsgrad der am unte-(21) beaufschlagenden Drehmoments eine Ein- as ren Bohrlochende befindlichen Einheit trotz veränderrichtung (25) besitzt. licher Strömungsmitteldichten bestehenbleibt. Insbe-

3. Anlage nach einem der vorhergehenden An- sondere soll die Anlage so ausgebildet sein, ohne daß spräche, dadurch gekennzeichnet, daß an die An- die Notwendigkeit für eine Signalrückführungsanordtriebswelle (24) des Drehzahlreglers (23) ein nung zur Abtastung der wechselnden Lastbedingun-Elektromotor (27) angeschlossen ist, dem elektri- 30 gen am unteren Ende des Bohrloches besteht.

sehe Energie über die Eingangsleitung (28) einge- Die Lösung der Aufgabe kennzeichnet sich durch speist wird. einen an die Eingangswelle des Generators gekuppel ten Drehzahlregler zur Beaufschlagung der Generatorwelle mit einem konstanten Drehmoment und