DE4337900A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Förderung gasbeladener, flüssiger Medien in Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Förderung gasbeladener, flüssiger Medien, wie z. B. Rohöl, Flüssiggas und dgl., in Rohrleitungen.

Verfahren und Vorrichtungen genannter Art sind schon bekannt, wobei aus einem Bohrloch mit Hilfe einer Förderleitung und einer daran angesetzten Pumpe das flüssige, gasbeladene Medium gefördert wird, wobei bereits schon am Bohrloch ein bestimmter Entgasungseffekt von den im flüssigen Medium enthaltenen Gasanteilen eintritt.

Z.B. wird bei der Förderung von gasbeladenem Roh­ öl aus einem Bohrloch oberhalb der Zapfstelle eine Entgasungsleitung angeordnet, über welche das durch den Entgasungseffekt freigesetzte Gas ungenutzt ins Freie verströmen kann. Um eine mögliche Explosions­ gefahr zu vermeiden, wird dieses Gas üblicherweise abgefackelt. Damit wird eine erhebliche Umweltbe­ lastung verursacht und ein großer Anteil der geför­ derten Energie verschwendet.

Um überhaupt so gewonnenes Rohöl in einer Förderleitung fördern zu können, ist es bekannt, eine Vielzahl von im Ab­ stand zueinander angeordneten Entgasungsstationen anzubringen, welche Gas aus dem Öl heraustrennen, wobei das anfallende Gas ebenfalls abgefackelt wird.

Diese Entgasung ist notwendig, um ein zuverlässiges Arbeiten der im Verlauf der Förderleitung verwendeten Pumpen sicherzustellen. Üblicherweise müssen diese Pumpen über Motoren angetrieben werden, die Fremd­ energie benötigen, was mit einem großen Energiever­ brauch verbunden ist, wobei insbesondere in einsamen, menschenleeren Gebieten die Energieversorgung der Motoren schwierig ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung so weiterzubilden, daß mit wesentlich geringerem Energieverbrauch und geringerer Umwelt­ belastung das gasbeladene, flüssige Medium über weite Strecken gefördert werden kann.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient erfindungsgemäß das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 wiedergegebene Verfahren.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß nun die vorher vorhandenen Entgasungsstationen, die eine Ab­ fackelung des Gases vorsahen, entfallen und daß statt dessen Entgasungsstationen vorgesehen sind, in welchen das anfallende Gas gesammelt wird und einem Energieblock zugeführt wird.

Der Energieblock kann hierbei direkt in der Entga­ sungsstation angeordnet werden, er kann jedoch auch örtlich von der Entgasungsstation entfernt ange­ ordnet werden.

Merkmal des Energieblocks ist, daß eine thermische Verwertung des Gases zum Antrieb eines Motors statt­ findet, welcher wiederum die Pumpen der Förderleitung antreibt. Eine solche thermische Verwertung kann bei­ spielsweise über einen Gasmotor, eine Gasturbine, eine Dampfmaschine oder anderweitig erfolgen. Hierbei ist es wichtig, daß der Motor von dem aus dem gasbeladenen flüssigen Medium entnommenen Gas angetrieben wird, und seinerseits die jeweilige Förderpumpe in der Förder­ leitung antreibt.

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß jeder Pumpe ein selbstversorgter Motor zugeordnet wird, welcher zum Antrieb keine Fremdenergie benötigt.

Damit bestehen mehrere Vorteile:
Es wird das vorher nutzlos in die Umgebung abgegebene Gas thermisch verwertet, so daß die verwendeten Pumpen keine Fremdenergie benötigen und zweitens wird eine wesentliche Umweltbelastung vermieden, weil dieses Gas nicht mehr nutzlos abgefackelt wird.

Im übrigen wird auch die Förderqualität des geförderten gasbeladenen, flüssigen Mediums verbessert, weil die Pumpen nun mit wesentlich geringerem Verschleiß ar­ beiten. Vorher wurde nämlich nicht darauf geachtet, daß eine wesentliche Entgasung in der Förderleitung stattfindet. Dies konnte dazu führen, daß an den Förderschaufeln der pumpen entsprechende Kavitations­ erscheinungen stattfanden, was mit einem erhöhten Verschleiß verbunden war.

Nach der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß das flüssige Medium optimal entgast wird, um einer­ seits eine möglichst große Gasmenge thermisch ver­ werten zu können und um andererseits das flüssige Medium selbst möglichst gasfrei fördern zu können.

Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß in deren Nebenleitung, in welcher das Gas gefördert wird, Unterdruck herrscht, um dieses Gas von der Entgasungsstation entnehmen zu können, um dieses dem Energieblock zuführen zu können.

Bezüglich der weiteren Verwertung dieses Gases gibt es mehrere Ausführungsformen nach der Erfindung, die sämtlich als erfindungswesentlich beansprucht werden.

In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das den Energieblock verlassende, unverbrauchte Gas wieder in die Förderleitung zurückgeführt wird. Hierbei wird es bevorzugt, wenn ein sogenannter Be­ schleuniger (Beschleunigerstation) verwendet wird, welcher Beschleuniger im wesentlichen wie ein In­ jektor arbeitet. Im Förderstrom ist also ein In­ jektor angeordnet, über dessen Sauganschluß das unverbrauchte Restgas aus dem Energieblock einge­ leitet wird und dadurch wieder in den Förderstrom der Hauptleitung zurückgefördert wird.

Damit besteht der Vorteil, daß keinerlei Gas (auch nicht die geringsten Mengen) in die Atmosphäre ent­ weichen und zu einer Umweltbelastung führen. Es wird das Gas also soweit thermisch möglich ausge­ nutzt und überschüssige Gasanteile des unverbrauchten Gases werden wieder in die Förderleitung zurückge­ führt, um sie dann an der nächsten Entgasungsstation wieder aus der Förderleitung entnehmen zu können und entsprechend einer thermischen Verwertung zuführen zu können.

In einer derartigen Förderleitung sind daher eine Vielzahl von Entgasungsstationen mit dazugehörenden, im Abstand angeordneten Energieblöcken, Motoren und Pumpen angeordnet.

In einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung ist vorgesehen, daß das den Energieblock verlassende unverbrauchte Restgas zwar in die Förderleitung zurückgeführt wird, aber nicht ein Injektor ver­ wendet wird, sondern ein Kompressor, über den das Gas mit Überdruck in die Förderleitung zurückge­ drückt wird.

In einer dritten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Gas nicht in die Förderleitung zurückgeführt wird, sondern daß geringe Mengen von Restgas am Ausgang des Energieblockes abgefackelt werden, oder zu anderen Zwecken thermisch verwertet werden (z. B. Generatoren, Heizungen usw.).

Bezüglich der Führung des aus der Förderleitung ent­ lüfteten Gases in der Nebenleitung gibt es mehrere Möglichkeiten.

In einer ersten Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Nebenleitung parallel zur Förderleitung außer­ halb der Förderleitung angeordnet wird.

In einer zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Nebenleitung in der Förderleitung mitgeführt wird.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentan­ sprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dar­ gestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungs­ wesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellende Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisiertes Leitungsschema nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 das Leitungsschema nach der Erfindung;

Fig. 3 einen seitlichen Schnitt durch eine Aus­ führungsform der Entgasungsstation, mit Führung der Nebenleitung innerhalb der Förderleitung;

Fig. 4 einen seitlichen Schnitt durch eine Ausführungs­ form einer weiteren, sich an Fig. 3 an­ schließenden Entgasungsstation;

Fig. 5 einen Schnitt durch den oberen Teil einer Entgasungsstation, mit einem Anschluß zur Führung der Nebenleitung außerhalb der För­ derleitung;

Fig. 6 ein Schema des Weges des Gases von der Ent­ nahme aus der Nebenleitung über die Verwertung in dem Energieblock, bis zur Wiedereinleitung des Restgases in die Förderleitung.

Nach der Erfindung wird aus einem Bohrloch 1 ein flüssiges, gasbeladenes Medium 26 über eine Förderleitung 2 in Pfeilrichtung 3 nach oben gefördert, wobei in an sich bekannter Weise eine Zapfstelle 4 in Form eines Förder­ turmes oder dgl. vorhanden sein kann.

Das bei der Förderung entstehende Gas wird in Pfeil­ richtung 5 über einen Entlüftungsstutzen ins Freie ab­ geleitet und in der Regel abgefackelt.

Es ist hierbei bekannt, im Bereich der Förderleitung 8 (Hauptförderleitung) im Abstand hintereinanderge­ schaltete Pumpen 9, 9′, 9′′ anzuordnen, die jeweils von zugeordneten Motoren 10, 10′, 10′′ angetrieben werden. Die Motoren müssen mit Fremdenergie versorgt werden, was bei großen Leitungsentfernungen in menschenleeren Gebieten schwierig ist.

Im Bereich der Förderleitung 8 sind im Abstand von­ einander angeordnete Entgasungsstationen 11, 11′ angeordnet, welche die Aufgabe haben, den Gasanteil im Medium 26 möglichst vollständig zu entfernen, welcher über eine Leitung 12 in Pfeilrichtung 13 ins Freie abgelassen wird und in der Regel abgefackelt wird.

Die mit diesem bekannten Verfahren verbundenen Nach­ teile wurden eingangs beschrieben.

Die Erfindung sieht nun gemäß Fig. 2 vor, daß ausgehend von der Zapfstelle 4 ein Verschluß 7 vor­ handen ist, so daß die vorher vorhandene Entlüftung 6 nun mit diesem Verschluß 7 verschlossen ist.

Das in der Entlüftungsleitung 6 sich ansammelnde Gas wird nun über eine Nebenleitung 16 in Pfeil­ richtung 15 einem Energieblock 21 zugeführt.

Der Energieblock verwertet das Gas thermisch und treibt hierbei den Motor 10 an, der seinerseits die Pumpe 9 antreibt. Das flüssige Medium 26 wird weiterhin in der Förderleitung 8 in Pfeilrichtung 14 gefördert.

Am Ausgang des Energieblockes 21 ist eine weitere Nebenleitung 18 angeschlossen, über welche das nicht verbrauchte Restgas in Pfeilrichtung 19 in die Förderleitung eingespeist wird, wobei eine Beschleu­ nigerstation 20 verwendet wird.

Im Verlauf der Förderleitung 8 sind hierbei eine Vielzahl von Entgasungsstationen 17 vorhanden, wobei lediglich in Fig. 2 eine einzige Entgasungsstation 17 dargestellt ist.

In dieser Entgasungsstation erfolgt die Trennung des Gases von dem gasbeladenen Medium 26, welches Gas dann über die Nebenleitung 16 in Pfeilrichtung 15 dem Energieblock 21′ zugeführt wird. Am Ausgang des Energieblockes 21′ wird das unverbrauchte Restgas wiederum über die Nebenleitung 18 in die Beschleuni­ gerstation 20′ eingeführt und in dem Mediumstrom in der Förderleitung 8 eingeschleust.

Damit besteht der Vorteil, daß bei der nächsten, sich an die in Fig. 2 anschließende Entgasungsstation (nicht zeichnerisch dargestellt) wiederum eine Ent­ gasung stattfinden kann, wonach das unverbrauchte Gas zusammen mit den in der Förderleitung noch be­ stehenden Gasanteilen im Medium 26 wiederum entnommen wird und einem weiteren Energieblock zur thermischen Verwertung zugeführt wird. Wichtig hierbei ist, daß an Ort und Stelle der Entgasungsstation nun eine thermische Verwertung stattfindet mit dem Ziel, einen entsprechenden Motor für den Pumpenantrieb anzutreiben.

Das Gas kann auch anderweitig thermisch verwertet werden, wie z. B. zum Betrieb von Entsalzungsstationen, Heizungen, Stromgeneratoren und dgl. mehr.

Vorteil des Verfahrens nach Fig. 2 ist, daß keine Gasanteile mehr in die Atmosphäre mehr gelangen und daß eine vollständige thermische Verwertung des Gases erfolgt, was nach dem Stand der Technik abge­ fackelt werden mußte.

In den Fig. 3 bis 5 sind verschiedene Aus­ führungsformen zur Ausbildung einer Entgasungs­ station dargestellt, wobei in zwei Fällen (Fig. 3,4) er­ kennbar ist, daß hier die Nebenleitung 16 in der Förderleitung 8 geführt ist, was gemäß Fig. 2 nicht lösungsnotwendig ist.

Die Fig. 3 zeigt hierbei, daß zu Beginn der Förder­ leitung die Nebenleitung 16 mit einem Rohrknie aus der Förderleitung 8 herausragt und das oben offene Ende der Nebenleitung 16 in einen Dom 29 mündet.

Die ohnedies in der Flüssigkeit enthaltenen Gas­ blasen steigen über eine Bohrung 27 in Pfeilrichtung 28 in den Dom 29, in dem ein Unterdruck herrscht, und sammeln sich dort an, wobei der Dom von oben über einen Deckel 30 verschließbar ist, wobei die Nebenleitung 16 im Bereich einer Verschraubung 31 mechanisch befestigt ist, welche Verschraubung 31 im Bereich der Platte 32 gehalten ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung einer Ent­ gasungsstation wird in der Regel bei der Förderung von gasbeladenem Wasser bevorzugt verwendet, eignet sich aber ebenfalls für andere gasbeladene, flüssige Medien.

Eine ähnliche Entgasungsstation 17a ist in Fig. 4 dargestellt, wo erkennbar ist, daß diese Entgasungs­ station 17a als eine unter vielen im Bereich der Förderleitung angeordnet ist. Die Nebenleitung 16 mündet mit einem T-Stück 34 in den vorher erwähnten Dom 29, der im Bereich eines Anschlußstückes 33 angeordnet ist.

In Fig. 5 ist dargestellt, daß im Bereich des Domes ein Anschlußstutzen 35 im Deckel 30 vorgesehen sein kann, um eine Entgasungsstation 17 zu verwirklichen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Nebenleitung 16 außer­ halb der Förderleitung 8 geführt.

In Fig. 6 sind die Einzelheiten einer Beschleuniger­ station 20 dargestellt. Es ist auf der linken Seite wieder dargestellt, wie das Gas aus der Nebenleitung 16 dem Energieblock 21 zugeführt wird und daß am Ausgang des Energieblockes 21 die unverbrauchten Gase über eine Nebenleitung 18 in einen Injektor 25 eingeschleust werden, welcher Injektor im Förderstrom des Mediums 26 im Bereich der Förderleitung 8 ange­ ordnet ist.

Die unverbrauchten Gase werden also über die Neben­ leitung 18 in Pfeilrichtung 19 dem Sauganschluß des Injektors 25 zugeführt und werden so in Pfeil­ richtung 14 in den Förderstrom des Mediums 26 ein­ geschleust.

Auf diese Weise erfolgt eine Führung des Gases 22 in einem geschlossenen Kreislauf, ohne daß eine Berührung mit der Atmosphäre stattfindet.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß das vor­ liegende Verfahren zur Förderung beliebiger gas­ beladener Medien dient, wobei die Förderleitung auch Längen von vielen 100 km aufweisen kann. Wichtig ist, daß im Bereich, wo Energie benötigt wird, die Energie bereitgestellt wird durch Entnahme des thermisch verwertbaren Gases aus der Förderleitung und wobei nicht thermisch verwertete Restanteile dieses Gases wieder in die Förderleitung zurückge­ schleust werden, um diese Anteile an der nächsten Entgasungsstation wieder entnehmen zu können.

Bezugszeichenliste

1 Bohrloch
2 Förderleitung (Bohrloch)
3 Pfeilrichtung
4 Zapfstelle
5 Pfeilrichtung
6 Entlüftungsleitung
7 Verschluß
8 Förderleitung
9 Pumpe 9′, 9′′
10 Motor 10′, 10′′
11 Entgasungsstation 11′
12 Leitung
13 Pfeilrichtung
14 Pfeilrichtung
15 Pfeilrichtung
16 Nebenleitung
17 Entgasungsstation 17a
18 Nebenleitung
19 Pfeilrichtung
20 Beschleunigerstation 20′
21 Energieblock 21′
22 Gas
25 Injektor
26 Medium
27 Bohrung
28 Pfeilrichtung
29 Dom
30 Deckel
31 Verschraubung
32 Platte
33 Anschlußstück
34 T-Stück
35 Anschlußstutzen

Claims (12)

1. Verfahren zur Förderung gasbeladener flüssiger Medien in Rohrleitungen, wobei das flüssige Medium durch eine oder mehrere in einem Abstand von­ einander angeordnete Pumpenstationen gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem flüssigen Medium (26) enthaltene Gas (22) in da­ für vorgesehene Entgasungsstationen (17, 17a) ent­ nommen wird, wobei das entnommene Gas (22) in einem Energieblock (21, 21′) thermisch verwertet wird und einen Motor (10, 10′10′′), antreibt, welcher wiederum zum Antrieb der Pumpe (9, 9′9′′) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entnommene Gas (22) in einer Nebenleitung (16) transportiert wird, welche außerhalb der Förderleitung (8) ver­ läuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entnommene Gas (22) in einer Nebenleitung (16) transportiert wird, welche innerhalb der Förderleitung (8) ver­ läuft.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das entnommene Gas (22), durch den von einem Be­ schleuniger (20, 20′) erzeugten Unterdruck, in der Nebenleitung (18) transportiert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das entnommene Gas (22), durch den von einer Saug­ pumpe erzeugten Unterdruck, in der Nebenleitung (18) transportiert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Energieblock (21, 21′) unverbrauchte Restgas über einen Injektor (25) wieder in die Förderleitung (8) zurückgeführt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Entgasung nötige Unterdruck über einen oder mehrere Injektoren (25) erzeugt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas nach der Pumpe (9′, 9′′) über einen oder mehrere Injektoren (25) in Pfeilrichtung (5) dem Medium (26) zugeführt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Energieblock (21, 21′) unverbrauchte Restgas über einen Kompressor wieder in die Förderleitung (8) zurückgeführt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Energieblock (21, 21′) unverbrauchte Restgas nicht in die Förderleitung (8) zurückgeführt wird, sondern anderweitig verwendet werden kann.

11. Vorrichtung zum Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Entgasungsstation (17, 17a) und der Energieblock (21, 21′) in einer Einheit befinden.

12. Vorrichtung zum Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Entgasungsstation (17, 17a) und der Energieblock (21, 21′) in einem Abstand voneinander befinden.