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Die
Erfindung betrifft ein auf dem Gebiet der Erdölförderung verwendetes Verfahren
zum Aufbereiten von Bohrlochflüssigkeiten
und eine Pumpstange zur Verwirklichung des Verfahren.
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Das
zur Gewinnung von sekundären
Rohöl bei
der Erdölförderung
am häufigsten
verwendete Verfahren ist das Tieflochpumpen von Bohrlochflüssigkeiten.
Beim Tieflochpumpen werden Verfahren und Einrichtungen verwendet,
bei denen die Pumpenenergie auf die Bohrlochflüssigkeiten übertragen wird, so dass sich
die Bohrlochflüssigkeiten
aus der Tiefe des Bohrlochs durch Förderrohre an die Oberfläche bewegen.
Die für
diesen Zweck verwendeten Einrichtungen gehören zu den unterschiedlichsten
in der Industrie, obwohl lediglich wenige Modelle sich durchsetzen
konnten und Standard wurden. Diese sind im Allgemeinen als Tauchkolbentieflochpumpen, PCP-Pumpen
(PCP = Progressive Cavity Pumps, Exzenterschneckenpumpen), ESP-Pumpen
(= Electrical Submersible Pumps, Elektrotauchpumpen) und Exzenterschneckenpumpen
bekannt.
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Vom
Konstruktionsstandpunkt aus betrachtet weisen die zum Tieflochpumpen
verwendeten Einrichtungen unabhängig
von der Pumpoption per se die folgenden Komponenten auf: eine Antriebskomponente,
in der mechanische Energie erzeugt wird, eine weitere Komponente,
die die zuvor erzeugte mechanische Energie auf die Pumpe überträgt, und
die Pumpe selbst. Die Pumpe überträgt die von
der Oberfläche
eingebrachte mechanische Energie auf die Bohrlochflüssigkeiten,
indem die Energie in Druck umgewandelt wird. Auf dem Gebiet der
Erdölförderung
war der Elektromotor das Gerät
der Wahl zur Erzeugung mechanischer Energie für den Antrieb der Pumpe, obwohl
viele Anwendungen existieren, bei denen möglicherweise Dampfantrieb,
hydraulischer oder pneumatischer Antrieb als alternative Optionen für den Antrieb
der Pumpe in Betracht kommen. Von dem Antrieb gelieferte mechanische
Energie kann der Pumpe entweder über
ein Pumpgestänge
geliefert werden (wobei in diesem Falle der Antrieb an der Oberfläche und
die Pumpe unter Tage angeordnet ist), oder kann örtlich erzeugt und verwendet
werden. Diese zweite Option wird als "Bohrlochsohlenantriebseinrichtung (bottom
hole driver)" oder "Direktantrieb" bezeichnet; beispielsweise
sind dies durch Bohrlochsohlenantriebseinrichtungen angetriebene PCP-Pumpen,
durch Bohrlochsohlenantriebseinrichtungen angetriebene Schraubenpumpen
oder in derselben Weise angetriebene ESP-Pumpen.
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Die
Erdölförderung
beinhaltet ein Bohrloch, das dazu dient, eine Öllagerstätte mit der Oberfläche zu verbinden.
Ein Bohrloch stört
das physikalische und chemische Gleichgewicht zwischen Lagerstättenfluiden
und dem Erdölspeichergestein.
Eine Störung
des Gleichgewichts führt
zu einer Ungleichgewichigkeit von Drücken, die wiederum einen Nettofluss hervorrufen,
wobei Speichergesteinfluide in das Bohrloch entströmen, bis
ein neues physikalisches Gleichgewicht erreicht ist (dabei ist außerdem eine Temperaturungleichgewicht
zu beachten, jedoch ist dieses für
den Gegenstand der vorliegenden Erörterung nicht von Bedeutung).
Zu Beginn ist das Druckungleichgewicht zwischen der Oberfläche und
dem Erdölspeichergestein
ausreichend groß,
so dass die Lagerstättenfluide
die Oberfläche
von selbst erreichen. Im Laufe der Zeit nimmt der Druckunterschied ab,
und ab einem gewissen Zeitpunkt ist es erforderlich, dem Lagerstätten fluid
Energie zuzuführen,
um es an die Oberfläche
zu befördern.
Dies ist der Beginn der Erdölpumpförderung,
wobei vielfältige
Einrichtungen für
diesen Zweck eingesetzt werden.
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Eine
Störung
des chemischen Gleichgewichts bringt eine Reihe anderer Ungleichgewichtigkeiten
mit sich, die sich nicht so leicht in ein einfaches Schema einordnen
lassen, obwohl das gleiche Gleichgewichtsprinzip zutrifft. Die am
häufigsten
zu bewältigende Änderung
ist eine Phasenänderung. Eine
neue Phase tritt während
der Förderung
von Lagerstättenfluiden
auf – beispielsweise
kann gelöstes Gas
sich aus der Flüssigkeit
lösen;
die Löslichkeit
einiger Komponenten in dem Lagerstättenfluidgemisch ändert sich
so drastisch, dass eine feste Phase entsteht – es bildet sich eine Kruste,
die sowohl organischen als auch anorganischen Ursprungs sein kann. Lagerstättenfluide
interagieren außerdem
chemisch mit dem Bohrloch selbst und mit der Bohrlochausrüstung, wobei
Korrosion das am meisten verbreitete zu bekämpfende Phänomen ist.
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Eine
weitere, subtilere Folge ist eine Änderung des Grades der Wechselwirkungen
zwischen Erdölspeichergestein
(Matrix, Grundgefüge)
und eingeschlossenen Lagerstättenfluiden.
Ein Zerfall des Erdölspeichergesteingrundgefüges tritt
auf, sobald Lagerstättenfluide
zu fließen
beginnen und Lagerstättenfluide,
während
sie an die Oberfläche
strömen,
lose Fragmente aus dem Lagerstättengrundgefüge mechanisch
mitreißen.
Zusammen rufen sie einen als Lagerstättengrundgefügeschädigung bekannten
Vorgang hervor, der sich auf die Erdölförderung sehr nachteilig auswirkt.
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In
der Wissenschaft und Technologie wurde versucht Wege zu finden und
Mittel zu verbessern, um komplizierte Folgen aufgrund der Erbohrung
eines Bohrlochs und insbesondere eines Erdölbohrlochs besser zu bewältigen.
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Eine
dieser Aufgaben ist es, Bohrlochflüssigkeiten an die Oberfläche zu pumpen
und gleichzeitig deren Verhalten und aggressiven Charakter zu steuern,
so dass potentiellen Schäden
vorgebeugt wird. Die Bohrlochflüssigkeiten,
das Bohrloch selbst oder sogar das in der Nähe befindliche Erdölspeichergestein
verlangt daher eine Vorbehandlung/Aufbereitung. Insbesondere wird
eine Aufbereitung durchgeführt,
um eine Inkrustation des Bohrlochs, der Pumpe, des Rohrstrangs und
Gehäuses
zu kontrollieren, um die Korrosion durch Bohrlochflüssigkeiten
einzuschränken
und/oder die Strömungseigenschaften
der Bohrlochflüssigkeiten
zu verbessern. Durch eine Aufbereitung von in der Nähe des Bohrlochs
befindlichem Erdölspeichergestein
wird versucht, die Strömungscharakteristiken
im Lagerstättengrundgefüge (Filterfähigkeit)
aufrecht zu erhalten oder zu verbessern. Um die Bohrlochfluide,
das Bohrloch oder in der Bohrlochnähe befindliches Erdölspeichergestein
aufzubereiten, ist es erforderlich, den Förderrohren, dem Gehäuse oder
dem Bohrloch Aufbereitungsmittel (Verdünnungsmittel, Lösungsmittel,
Dampf, heißes
Wasser, Spezialchemikalien) hinzuzufügen oder diese entweder kontinuierlich
oder schubweise, entweder während
des Pumpens aus dem Erdölbohrloch,
oder wenn die Pumpe abgeschaltet ist, in das Erdölspeichergestein zu injizieren.
Die Aufbereitung von Bohrlochflüssigkeiten
und das gleichzeitige Fördern
aus dem Erdölbohrloch
ist keine einfache Aufgabe, da der Aufbereitungsschritt und seine
Mittel den Pumpvorgang, die Pumpeinrichtung und/oder die Pumpanordnung
behindern.
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Es
wurden Versuche unternommen, um Lösungen für obiges Problem zu finden.
Dementsprechend offenbart das
US-Patent
5 924 490 eine Lösung
für ein
Werkzeug, das dazu dient, Bohrlochfluide stromaufwärts der
Pumpe (das Patent betrifft eine Tauchkolbenpumpe) in dem zwischen
den Förderrohren
und dem Pumpgestänge
gebildeten Ringspalt aufzubereiten, und das lediglich im Falle von
auf natürliche
Weise sprudelnden Ölquellen
dazu geeignet ist, Bohrloch und Bohrlochflüssigkeiten aufzubereiten (zu
beachten ist, dass im Falle von auf natürliche Weise sprudelnden Ölquellen
keine Pumpen benötigt werden).
Die Erfinder lösen
die Aufgabe der Aufbereitung von Bohrlochflüssigkeiten, die in den Ringspalt
zwischen den Förderrohren
und dem Pumpgestänge
fließen,
durch Austauschen eines Teils des standardmäßigen Pumpgestänges gegen
ein rohrförmiges
Pumpgestänge
und durch Injizieren des Aufbereitungsmittels durch einen solchen
rohrförmigen Pumpgestängestrang
nach unten zu einem Ausgabeventil, das an dem Ende des rohrförmigen Pumpgestängestrangs,
stromaufwärts
der Tauchkolbenpumpe installiert ist. Auf diese Weise erlaubt der
Erfinder dem Aufbereitungsmittel lediglich mit den innerhalb der
Förderrohre
befindlichen Bohrlochflüssigkeiten
zu interagieren. Mit einer solchen Anordnung ist keine Aufbereitung
des Bohrlochs oder des Erdölspeichergesteins
selbst möglich,
da die Verrohrung und die Tauchkolbenpumpenanordnung einen geschlossenen
Behälter
bilden, der es lediglich erlaubt, den Eintrag in die Ölquelle
zu Tage zu fördern.
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Eine
weiteres Druckschrift, nämlich
die
WO-A-011187 ,
beschreibt eine Erfindung, die eine abgewandelte Tauchkolbenpumpenanordnung
vorschlägt,
um das Vorhandensein von Sand in den Bohrlochflüssigkeiten besser zu bewältigen,
da Sand das Pumpgestänge
in hohem Maße
schädigen
kann. Um zu vermeiden, dass sandhaltige Bohrlochflüssigkeiten
mit dem Pumpgestänge
während
der Förderung
interagieren, verwenden die Erfinder einen zweiten Strang von Förderrohren,
wobei der erste Förderrohrstrang
als Injektionsstrang und zum Schutz für das Pumpgestänge dient.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschreibt einen Ansatz, in dem der Erfinder vorschlägt, das
neue Doppelstrangfördersystem
in einer anderen Anordnung zu verwenden, in der es möglich ist,
die Tauchkolbenpumpe gegen ein Exzenterschneckenpumpensystem auszutauschen,
und in der die Förderrohre
durch eine geeignete Konfiguration der Verrohrung eine strömungsmäßige Verbindung
zu dem rohrförmigen
Rotor der Exzenterschneckenpumpe und zu dem zweiten Förderstrang
herstellen. Durch diese Konstruktion ist es zwar möglich, Bohrlochflüssigkeiten
stromabwärts
der Pumpe aufzubereiten, jedoch nicht das Erdölspeichergestein. Der Einsatz
der zweiten Förderverrohrung,
um zu verhindern, dass Bohrlochflüssigkeiten mit dem Pumpgestänge reagieren,
verdoppelt den Förderstrang,
und macht ihn außerordentlich
kostspielig. Die Anwendung ist weiter mit großen Problemen behaftet, da
eine wesentliche Änderung
der vorhandenen Feldinfrrastruktur erforderlich wird.
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Die
Aufbereitung der Bohrlochflüssigkeiten, des
Bohrlochs oder des in der Nähe
befindlichen Erdölspeichergesteins
ist in vielen Fällen
mit einer Unterbrechung der Förderung
verbunden: Abschließen des
Erdölbohrlochs,
Herausziehen des Pumpgestängesystems,
Aufbereiten des Bohrlochs oder der Formation, erneutes Einbringen
des Pumpgestängesystems
und der Pumpe in das Erdölbohrloch
und Wiederaufnehmen der Förderung.
Mit der Unterbrechung der Förderung
geht ein Förderungsverlust
einher. All dies ist mit zusätzlichen
Investitionen und kostspieliger Logistik ver bunden und steigert
somit die Kosten bei der Erdölförderung.
Die oben erwähnten
Nachteile sind auf die bestehende Konstruktion eines Pumpgestänges und
einer Pumpenanordnung zurückzuführen, die
zur Erdölbohrlochförderung
verwendet wird.
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Aus
historischen Gründen,
sowie wegen einer vor Ort vorhandenen Infrastruktur, wird die Zufuhr mechanischer
Energie zu den PCP- oder zu den Schraubenpumpen (gegenwärtig) über dieselben Pumpgestängestränge vorgenommen,
die für
die Tauchkolbentiefpumpen verwendet werden. Es besteht jedoch ein
wichtiger Unterschied, und dieser ist bei einem Vergleich des Antriebs
von PCP- und Schraubenpumpen gegenüber dem Antrieb von Tauchkolbenpumpen
zu berücksichtigen.
Während der Übertragung
mechanischer Energie zu der Pumpe bewegt sich das zum Antrieb der
Tauchkolbentiefpumpen verwendete Pumpgestänge axial aufwärts und
abwärts,
wohingegen das zum Antrieb der PCP- oder Schraubenpumpen verwendete
Pumpgestänge rotiert.
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Das
in den Erdöllagerstätten heutzutage
verwendete Pumpgestänge
ist standardisiert, wobei sämtliche
Pumpgestängehersteller
den Standard API 11 B (American Petroleum Institute) erfüllen.
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Solche
Pumpstangen basieren auf einem kontinuierlichen massiven Metallstab,
bei dem beide Enden mit einem Profil und mit einem Gewinde versehen
sind, um eine Stirn-an-Stirn-Anbindung
in einem Pumpgestängestrang
zu ermöglichen.
Der auf diese Weise erzeugte Strang dient zur Übertragung mechanischer Energie
von dem Antrieb (über
Tage) zu der Pumpe (unter Tage).
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Die
Verwendung der massiven Pumpenstangenstränge steigert die Kosten, benötigt zusätzliche, kostspielige
Logistik und ist mit speziellen Arbeitsschritten und Förderverlusten
verbunden, wenn die Bohrlochflüssigkeiten,
das Bohrloch selbst oder der Förderhorizont
der Formation, wie oben erläutert, aufzubereiten
sind.
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Ein
weiterer Nachteil des Einsatzes einer Pumptechnologie mit herkömmlichem
Pumpgestänge
besteht darin, dass sie sich als kostspielig herausstellt und eine
nicht gewünschte
Echtzeitdatenerfassung von Parametern wie der Temperatur und dem Druck
der Bohrlochsohle, Strömungseigenschaften der
Bohrlochflüssigkeiten
oder des Pumpvorgangs (erfordert). Die Übermittlung von Daten von den Bohrlochsohlensignalgebern
an die Oberfläche
während
des Pumpens aus dem Erdölbohrloch
beinhaltet den Einsatz spezieller Datenkabel, die in den Ringspalt
zwischen den Förderrohren
und dem Fördergehäuse eingeführt werden
und dazu eingerichtet sind, dem aggressiven Charakter der Bohrlochflüssigkeiten,
sowie der kombinierten Wirkung von Temperatur und Druck standzuhalten.
Für Spezialanwendungen existieren
Alternativen, jedoch schließen
diese eine Umwandlung der von den Bohrlochsohlensignalgebern ausgegebenen
elektrischen Signale in Schall- oder elektromagnetische Wellen ein,
die zur Oberfläche
gesendet werden, eine Option, die noch kostspieliger und schwieriger
zu implementieren ist.
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Ähnliche
Schwierigkeiten sind zu bewältigen, wenn
Direktantriebsanwendungen für
PCP-, Schraubenpumpen oder ESP-Pumpen,
bei denen der Einsatz von Bohrlochsohlenelektromotoren erforderlich ist,
in Erwägung
gezogen werden. Die Stromversorgung der Bohrlochsohlenelektromotoren
erfordert Stromzufuhrkabel, die gewöhnlich durch den Ringspalt
in das Bohrloch eingeführt
werden und dazu eingerichtet sind, dem aggressiven Charakter der
Bohrlochflüssigkeiten
sowie der kombinierten Wirkung von Temperatur und Druck zu widerstehen.
Diese Kabel sind sehr kostspielig, und in manchen Fällen macht
dies die Bohrlochsohlendirektantriebstechnik unattraktiv.
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Eine
Alternative zum Antrieb von Tiefpumpen wurde (unabhängig davon,
ob es sich um eine Tauchkolben-, Exzenterschnecken-, Schrauben- oder
ESP-Pumpe handelt) konstruiert, die den Einsatz einer flexibel aufgewickelten
Verrohrung anstelle eines herkömmlichen
Pumpgestänges
beinhaltet. Diese Option ist kostspieliger als der Antrieb über ein herkömmliches
Pumpgestänge
und daher von beschränktem
Nutzen. Zu dem Problem kommt hinzu, das der Einsatz einer aufgewickelten
Verrohrung voraussetzt, dass eine spezielle Infrastruktur vor Ort verfügbar ist.
Aus diesem Grund werden die Kosten des Austausches der herkömmlichen
Pumpgestängetechnologie
unerschwinglich hoch.
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Das
technische Problem, das die vorliegende Erfindung zu lösen beabsichtigt,
betrifft die Entwicklung eines Verfahrens zum Konditionieren von Bohrlochfluiden
oder des Bohrlochs selbst oder des Erdölspeichergesteins, bei gleichzeitiger
Förderung aus
dem Erdölbohrloch,
wobei speziell betont wird, dass die an Ort und Stelle an der Erdöllagerstätte bestehende
Infrastruktur verwendet wird. Zu diesem Zweck ist es erforderlich,
eine Pumpstange zu entwickeln, die dazu eingerichtet ist, die Lösung dieser Aufgabe
zu erzielen.
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Die
Aufbereitung der Bohrlochflüssigkeiten, des
Bohrlochs selbst oder des Erdölspeichergesteins,
bei gleich zeitiger Förderung
von Erdöl
aus dem Erdölbohrloch,
wie sie durch diese Erfindung entwickelt ist, verwendet ein Injizieren
der Aufbereitungsflüssigkeit
von der Oberfläche
her unmittelbar durch das Pumpgestänge hindurch in das Erdölbohrloch.
Auf diese Weise sind die oben beschriebenen technische Probleme
gelöst.
Der Injektionsdruck der Aufbereitungsflüssigkeit wird von der Oberfläche her in
Abhängigkeit
von dem Ziel der Injektion, ob die Aufbereitungsflüssigkeit
in die Verrohrung oder das Bohrloch eingebracht werden soll, oder
ob sie in das Erdölspeichergestein
zu injizieren ist, angepasst. Mittels geeigneter Einrichtungen kann
die Aufbereitungsflüssigkeit
nach Bedarf entweder in die Förderrohre
oder in das Bohrloch verteilt werden, oder in das Erdölspeichergestein
injiziert werden.
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Die
erfindungsgemäße Pumpstange
basiert auf einem einzigen durchgehenden Strömungsrohr, das mit zwei Pumpgestängeköpfen hergestellt
ist, die durch Schweißen
an beiden Enden eines Stahlrohrs befestigt sind. Die Aufbereitungsflüssigkeit
ist in der Lage durch dieses durchgehende Rohr zu strömen und
erfüllt
auf diese Weise die Aufgabe einer Aufbereitung der Bohrlochflüssigkeiten
oder des Bohrloch, während
gleichzeitig Erdöl
gefördert
wird. Der Pumpgestängekopf
weist eine darin durch Bohren ausgebildete Öffnung auf. Diese Öffnung ist über den
gesamten Abschnitt zwischen dem Beginn des Gewindegangs des Pumpgestängekopfs,
durch den Schraubenschlüsselvierkant
und das untere Drittel der Höhe
des Pumpstangenwulsts hindurch zylindrisch. Die Öffnung setzt sich über die übrige Höhe des Pumpgestängekopfs
konisch fort und endet zylindrisch in dem Schweißabschnitt des Pumpgestängekopfs.
Eine den konischen Abschnitt der Öffnung mit dem letzten zylindrischen
Abschnitt verbindende Krümmung
ist dazu eingerichtet als ein Entlastungsabschnitt zu dienen.
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Das
in der vorliegenden Erfindung unterbreitete Aufbereitungsverfahren
und das dafür
entwickelte rohrförmige
Pumpgestänge
können
unmittelbar in Pumpanwendungen von Öllagerstätten eingesetzt werden, die
die vor Ort verfügbare
Infrastruktur und Logistik verwenden, um herkömmliche Pumpgestänge zu handhaben.
Gleichzeitig schafft die Verwendung eines rohrförmigen Pumpgestänges (indem
die Aufbereitungsflüssigkeit
durch das rohrförmige Pumpgestänge hindurch
injiziert wird) die Möglichkeit einer
Aufbereitung von Bohrlochflüssigkeiten
während
der Förderung
aus dem Erdölbohrloch,
wobei die vor Ort verfügbare
Infrastruktur und Logistik zur Handhabung eines herkömmlichen
Pumpgestänges weiter
eingesetzt wird. Im Falle der Exzenterschneckenpumpentechnologie,
schafft die Verwendung eines rohrförmigen Pumpgestänges eine
Voraussetzung zur Konditionierung des Bohrlochs oder sogar des Erdölspeichergesteins,
ohne dass eine Herausziehen des Pumpgestängestrangs aus dem Erdölbohrloch
erforderlich ist. Somit besteht der unmittelbare Vorteil des Einsatzes
eines rohrförmigen
Pumpgestänges
für Erdölbohrlöcher, die
bereits mit einer Exzenterschneckenpumpe ausgerüstet sind. Es werden auch Tauchkolbenpumpen- sowie Schraubenpumpentechnologien
Nutzen aus der Verwendung rohrförmiger
Pumpgestänge
und Aufbereitungsverfahren ziehen, wie sie in der vorliegenden Patentanmeldung
vorgeschlagen sind.
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Eine
Echtzeitdatenerfassung, sowie Direktantriebsanwendungen von PCP-,
Schrauben- oder ESP-Pumpen werden Nutzen aus der Verwendung rohrförmiger Pumpgestänge ziehen.
Die von Bohrlochsohlensignalgebern stammenden Daten können nun über durch
den rohrförmigen
Pumpgestängestrang
verlau fende geeignete elektrische oder optische Datenkabel zur Oberfläche übertragen
werden, während
aus dem Bohrloch Erdöl
gefördert
wird. Wenn Direktantriebsanwendungen in Betracht kommen, ist zu
beachten, dass Elektromotoren unmittelbar an der Pumpe unter Tage
anzubringen sind. Falls die Technologie rohrförmiger Pumpgestänge in Betracht
kommt, kann der Strom dem Bohrlochsohlenelektromotor über in den
rohrförmigen
Pumpgestängestrang
eingeführte
Stromzufuhrkabel geliefert werden. Der Schutz von Daten- und Stromzufuhrkabeln kann
daher leichter sein, da keine Kabel benötigt werden, die dem aggressiven
Charakter der Bohrlochflüssigkeiten
oder der kombinierten Wirkung von Temperatur oder Druck widerstehen
müssen,
so dass die Kosten für
diese Spezialkabel reduziert sind. Das Sammeln von Daten an der
Bohrlochsohl in Echtzeit oder der Direktantrieb werden attraktiver und
lassen sich einfacher implementieren.
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Beispiele,
die das in dieser Anmeldung vorgeschlagene Aufbereitungsverfahren
und das dafür entwickelte
rohrförmige
Pumpgestänge
veranschaulichen, werden im Folgenden anhand 1–3 erläutert:
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer rohrförmigen
Pumpstange;
-
2 zeigt
eine Seitenansicht der rohrförmigen
Pumpstange von 1, teilweise längsgeschnitten;
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3 zeigt
eine schematische Ansicht einer typischen Exzenterschneckenpumpenanordnung, die
einen rohrförmigen
Pumpgestängestrang
verwendet.
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Das
Aufbereitungsverfahren, wie es gemäß der vorlie gende Anmeldung
entwickelt ist, beinhaltet die Schritte: Vorbereitung eines Aufbereitungsfluids, Dosieren
und Pumpen desselben in das Erdölbohrloch
während
der Erdölförderung,
Zulassen einer Reaktion der Aufbereitungsflüssigkeit mit den Bohrlochflüssigkeiten,
dem Bohrloch selbst oder dem Erdölspeichergestein,
und entsprechendes Verändern
der Eigenschaften der Bohrlochflüssigkeiten
oder des um das Erdölbohrloch
angeordneten Erdölspeichergesteins.
Die Pumpphase der Aufbereitungsflüssigkeit ist für das Verfahren
spezifisch. Die Aufbereitungsflüssigkeit
strömt
durch das rohrförmige
Pumpgestänge
unmittelbar in das Erdölbohrloch,
während gleichzeitig
Bohrlochflüssigkeiten
an die Oberfläche gepumpt
werden. Durch diesen neuen Ansatz wird daher die Übertragung
der für
das Pumpen erforderlichen Leistung von der Oberfläche zu dem
Ort des Einsatzes (der Tieflochpumpe) bei gleichzeitiger Aufbereitung
der Bohrlochflüssigkeiten
möglich.
Aufbereitungsflüssigkeit,
die durch das rohrförmige
Pumpgestänge
in das Erdölbohrloch
gepumpt wird, kann während
der Erdölförderung
in die Förderrohre
oder in das Bohrloch geleitet werden, oder sie kann, ohne den rohrförmigen Pumpgestängestrang
herauszuziehen, in das um das Erdölbohrloch angeordnete Erdölspeichergestein
injiziert werden. Ein Einstellen des Injektionsdrucks und der Einsatz
geeigneter Fluidablenkeinrichtungen bestimmt den Ort, an dem die
Aufbereitungsflüssigkeit
in dem Erdölbohrloch
verteilt wird. Sämtliche
Aufbereitungs- und Pumpphasen werden auf herkömmliche Weise durchgeführt.
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Die
Gestalt und Größe der rohrförmigen Pumpstange,
wie sie durch die vorliegende Erfindung geschaffen ist, entspricht
dem Standard AP I 11 B. Die rohrförmige Pumpstange enthält zwei
als Pumpgestängekopf
bezeichnete rohrförmige
Teile 1, die an einem Stahlrohr 2 befestigt sind.
Die Wand stärke
des Stahlrohrs ist geeignet dimensioniert, um für das Verfahren geeignet zu
sein. Die Befestigung der Pumpgestängeköpfe an dem Stahlrohr geschieht
durch Schweißen,
woraus sich das Endprodukt ergibt: ein fortlaufendes Rohr, durch
das Fluid strömen
kann – d.h.
die rohrförmige
Pumpstange. Der Zusammenbau des rohrförmigen Pumpgestänges bringt
einen rohrförmigen
Pumpgestängestrang
hervor, der Leistung von der Oberfläche zu dem Punkt der Verwendung
(der Tiefpumpe) übertragen
kann, während
er gleichzeitig ermöglicht,
dass Fluid durch ihn strömt. Die
Länge der
rohrförmigen
Pumpstange beträgt
zwischen 8,32 Meter und 9,99 Meter, wobei es möglich ist, durch dasselbe Verfahren
(der äquivalenten
Form von Pony-rods) gemäß API 11
B) kürzere
Varianten ("rohrförmige Pony-rods") herzustellen.
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Der
Pumpgestängekopf 1 basiert
auf einen mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt a (Gewinde gemäß API 11
B), der sich in einen Abschnitt b fortsetzt, der als Entlastungsabschnitt
dient, hinter dem sich ein als Schulter bezeichneter Abschnitt c
anschließt,
gefolgt von einem "Schraubenschlüsselvierkant" d. Der Schraubenschlüsselvierkant
d ermöglicht
bei dem Zusammenbau der rohrförmigen
Pumpstangen zu einem Strang bzw. bei dessen Zerlegung das Aufbringen
eines Drehmoments mittels eines Schraubenschlüssels. Der Schraubenschlüsselvierkant
d setzt sich in einem als "Wulst" bezeichneten dickeren
Abschnitt e und in einem zylindrischen Schweißabschnitt f fort. Der innere
Hohlraum g des Pumpgestängekopfs 1 ist über den
gesamten Abschnitt g' hinweg,
ausgehend von dem oberen Ende des mit Gewinde versehenen Stifts über die
gesamte Länge
des letzten Drittels des "Wulstes" e zylindrisch, setzt
sich über
den Abschnitt g'' hinweg konisch fort
und endet mit einem über
den gesamten Schweißabschnitt
f hinweg zylindrischen weiteren Abschnitt g'''. Zwischen den Abschnitten
g'' und g''' ist ein
Krümmungsradius
r zugelassen, um als ein Entlastungsabschnitt zu wirken. Der Stahl,
aus dem die rohrförmige
Pumpstange hergestellt ist, ist geeignet ausgewählt, um sämtliche Vorbedingungen mit
Blick auf Drehmoment, Dehnung und die Kombination von Drehmoment
und Dehnung einschließlich
der Materialermüdung
und Korrosionsbeständigkeit
zu erfüllen.
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Das
rohrförmige
Pumpenstange kann in einen rohrförmigen
Pumpgestängestrang
eingebaut werden, und dies ist in 3 für eine typische
Exzenterschneckenpumpenanwendung gezeigt. Es ist zu erkennen, dass
die Pumpeneinheit auf einer Antriebseinheit A basiert, die einen
an ein Getriebe Leistung liefernden Elektromotor 3, eine
Kupplungsverbindung 4 und einen Antriebskopf 5 enthält. Eine Stopfbüchse B an
der polierten rohrförmigen
Stange 6 stellt sicher, dass das Injektionsfluid durch
den rohrförmigen
Pumpgestängestrang
gepumpt werden kann, ohne zu entweichen. Die Stopfbüchse C dichtet die
polierte rohrförmige
Stange 6 gegen die Förderrohre
ab, so dass keine Bohrlochflüssigkeiten
in die Umgebung austreten. Die rohrförmige polierte Stange 6 stellt über eine
kürzere
rohrförmige
Pumpstange, die einer Pony-rod ähnelt,
jedoch rohrförmig
ist, eine Verbindung zu dem rohrförmigen Pumpgestängestrang
D her. Der rohrförmige
Pumpgestängestrang
D fügt
sich in die Förderrohre 7 ein
und basiert auf rohrförmigen
Pumpstangen 8, die durch standardmäßige, mit Gewinde versehene
Verbindungsvorrichtungen miteinander verbunden sind. Der rohrförmige Pumpgestängestrang
kann mit einem Injektionsventil 9 abgeschlossen sein, durch
das oberhalb der Exzenterschneckenpumpe Aufbereitungsflüssigkeit
in den zwischen den Förderrohren
und dem Pumpgestängestrang
angeordneten Ringspalt eingebracht werden kann. Strom wird der Exzenterschneckenpumpe
E von der Oberfläche
her über
den rohrförmigen
Pumpgestängestrang
D zugeführt.
Die Exzenterschneckenpumpe E kann eine herkömmliche Exzenterschneckenpumpe
oder eine solche mit hohlem Rotor sein. Ein Anker F und ein Stabilisator 11 verankern
und zentrieren die Exzenterschneckenpumpe unter Tage. In diesem
letzteren Fall kann Aufbereitungsflüssigkeit bei gleichzeitiger
Erdölförderung
entweder in die Förderrohre
oder unter Tage in das Erdölbohrloch
eingebracht werden. Das um das Erdölbohrloch befindliche Erdölspeichergestein
kann ebenfalls aufbereitet werden, wenn Aufbereitungsflüssigkeit über den
rohrförmigen
Pumpgestängestrang
injiziert wird.
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Falls
das Sammeln von Daten in Echtzeit zu berücksichtigen ist, verlaufen
Datenkabel, die Daten von unterirdischen Signalgebern an die Oberfläche übertragen,
durch den rohrförmigen
Pumpgestängestrang.
Die elektrischen oder optischen Datenkabel sind auf diese Weise
gegen den aggressiven Charakter der Bohrlochflüssigkeiten und gegen Druckstöße geschützt. In ähnlicher
Weise ist das Stromzufuhrkabel, wenn Direktantriebsanwendungen in
Erwägung gezogen
sind, durch den rohrförmigen
Pumpgestängestrang
hindurch geführt
und verbindet den unter Tage angeordneten Elektromotor elektrisch
mit der Stromversorgung an der Oberfläche.
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Wenn
eine Tauchkolbenpumpe in Betracht gezogen wird, ist die Exzenterschneckenpumpe
E durch eine Tauchkolbentiefpumpe und die Antriebseinheit gegen
eine Pumpenwinde zu ersetzen, wobei die übrige Konstruktion unverändert bleibt.
Im Falle einer Schraubenpumpe wird die Exzenterschneckenpumpe E
gegen die Schraubenpumpe selbst ausgetauscht, wobei ansonsten keine Änderungen
an der in 3 gezeigten Kon struktion erforderlich
sind. In beiden Fällen
(Tauchkolbentiefpumpe und Schraubenpumpe) ist es möglich, die
Bohrlochfluide während
der Ölförderung
aufzubereiten, indem durch das Injektionsventil 9 oberhalb
der Pumpe Aufbereitungsflüssigkeit über den
rohrförmigen
Pumpgestängestrang
D in den zwischen den Förderrohren
und dem rohrförmigen
Pumpgestängestrang
vorhandenen Ringspalt injiziert wird. Aufgrund der Art der Konstruktion
dieser Pumpen, ist eine Konditionierng des Bohrlochs oder des um
das Erdölbohrloch
herum angeordneten Erdölspeichergesteins
durch Injizieren von Aufbereitungsflüssigkeit durch den rohrförmigen Pumpgestängestrang
nicht mehr möglich.