DE69100438T2

DE69100438T2 - Pumpe mit Kompressor zur Verwendung im Bohrloch.

Info

Publication number: DE69100438T2
Application number: DE91202502T
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Hubertus Pau Heijnen
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2011-09-26
Also published as: EP0480501B1; GB9022056D0; NZ240156A; NO913943D0; NO913943L; NO175222B; NO175222C; EP0480501A1; CA2053021A1; DE69100438D1; US5295810A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Wiedergewinnung eines Fluids aus einer unterirdischen Fluidlagerformation, wobei sich ein Bohrloch von der Oberfläche zur unterirdischen Formation erstreckt und wobei das Fluid durch ein sich durch das Bohrloch von der unterirdischen Formation erstreckendes Rohr zur Oberfläche überführt wird. In der Patentschrift wird das Wort "Reservoir" verwendet, um eine unterirdische Fluidlagerformation zu bezeichnen. Das Fluid in der unterirdischen Formation kann in der Form eines superkritischen Fluids, eines Gases oder einer Mischung aus Gas und Flüssigkeit vorliegen. Das Fluid kann aus Kohlendioxid, natürlichem Gas oder einer Mischung von Kohlenwasserstoffen bestehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft mehr im einzelnen eine Vorrichtung zur Verdichtung eines Fluids, welche Vorrichtung im unteren Endteil des Rohrs angeordnet werden kann, das sich durch das Bohrloch erstreckt.
Die USA-Patentschrift Nr. 4 684 335 offenbart eine Vorrichtung zur Verdichtung eines Fluids, die einen Doppelrotorschraubenkompressor enthält.
Die französische Patentschrift Nr. 912 181 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Verdichtung eines Fluids, aufweisend ein rohrförmiges Gehäuse mit offenem Ende, das ein Ansaugende und ein Auslaßende aufweist, und einen rotorangetriebenen Kompressor, der ein Schraubenschneckenblatt aufweist, wobei die Steigung des schraubenförmigen Schneckenblattes in der Richtung des Auslaßendes abnimmt.
Bei der bekannten Vorrichtung umfaßt der rotorangetriebene Kompressor ein Schraubenförmiges Schneckenblatt, das auf einer Welle angebracht ist, die im Gehäuse drehbar angeordnet ist. Zum Antreiben der Welle wird von einem externen Rotortrieb in der Form eines Elektromotors oder einer Dampfturbine Gebrauch gemacht.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompaktere Vorrichtung zur Kompression eines Fluids vorzusehen.
Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung zur Verdichtung eines Fluids gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiter einen drehbar im Gehäuse angeordneten rohrförmigen Rotor mit offenem Ende, einen ringförmigen Antriebsraum, der zwischen der Innenfläche des Gehäuses und der Außenfläche des Rotors abgegrenzt ist, eine Ringdichtung, die Fluidströmung vom ringförmigen Antriebsraum zum Ansaugende verhindert, und einen Rotortrieb aufweist, der im ringförmigen Antriebsraum angeordnet ist, und daß der rotorangetriebene Kompressor im rohrförmigen Rotor angeordnet ist, wobei das schraubenförmige Schneckenblatt an der Innenfläche des rohrförmigen Rotors befestigt ist.
Ein Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist die relativ große Querschnittsfläche des Rotorinnnenraums, durch den dann das zu komprimierende Fluid durchtritt. Außerdem gibt es keine Bewegung des schraubenförmigen Schneckenblattes bezüglich des Rotors, so daß die Vorrichtung weniger empfindlich gegen Verschleiß bei den hohen Fluidströmungsraten ist, denen man begegnet, wenn Gas verdichtet wird.
Das SPE-Papier 8245, Felderprobung des Turbohubproduktionssystems, von H. Petrie und J.W. Erickson, 1979, offenbart eine unten in der Öffnung angeordnete flüssigkeitsangetriebene Hydropumpe, aufweisend ein Gehäuse mit offenem Ende und einen drehbar im Gehäuse angeordneten massiven Rotor. Der flüssigkeitsangetriebene Motor und auch die Pumpe sind mit Abschnitten versehene Turbinen mit Schaufeln, die im Ringraum zwischen dem Gehäuse und dem massiven Rotor angeordnet sind. Die Veröffentlichung offenbart keine Vorrichtung zur Kompression eines Fluids einschließlich eines im rohrförmigen Rotor angeordneten Kompressors.
Die Erfindung wird nun auf dem Beispielswege mehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei
Figur 1 einen Teillängsschnitt der Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch zeigt; und
Figur 2 einen Teillängsschnitt des unteren Endes eines mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung versehenen Bohrlochs schematisch zeigt, Figur 2 ist in einem unterschiedlichen Maßstab gezeichnet.
Die Vorrichtung 1 zur Kompression eines Fluids weist ein rohrförmiges Gehäuse 2 mit offenem Ende auf, das ein Ansaugende 5 und ein Auslaßende 6 aufweist. Im Gehäuse 2 ist ein rohrförmiger Rotor 8 mit offenem Ende drehbar angeordnet. In Figur 1 ist ein Teilschnitt des Teils des rohrförmigen Rotors 8 in der Nähe des Ansaugendes 5 und eine Seitenansicht des Rotorteils in der Nähe des Auslaßendes 6 gezeigt.
Der rohrförmige Rotor 8 ist im Gehäuse 2 mittels eines Radiallagers 10 und durch eine Lagereinrichtung 12 gehaltert. Die Lagereinrichtung 12 ist eine Kombination aus einem Radiallager, einem Axiallager und einer Dichtung. Die Lagereinrichtung 12 ist im Gehäuse mittels einer Buchse 15 befestigt, die selbst im Gehäuse mittels herkömmlicher Befestigungseinrichtungen (nicht gezeigt) befestigt ist. Die Innenfläche 16 der Buchse 12 ist ein Teil der Innenfläche des Gehäuses 2.
Die Vorrichtung weist weiter einen ringförmigen Antriebsraum 17 auf, der zwischen der Innenfläche 16 des Gehäuses 2 und der Außenfläche 18 des rohrförmigen Rotors 8 begrenzt ist. Der ringförmige Antriebsraum 17 befindet sich in Fluidverbindung mit dem Auslaßende 6 des Gehäuses 2. Die Lagereinrichtung 12 verhindert eine Fluidströmung aus dem ringförmigen Antriebsraum 17 zum Ansaugende 5.
Im ringförmigen Antriebsraum 17 ist ein Rotorantrieb in der Form eines Hydromotors 20 angeordnet. Der Hydromotor 20 weist eine Anzahl gebogener Streifen 25 ähnlicher Form auf, die an der Außenfläche des rohrförmigen Rotors 8 befestigt sind. Der Zwischenraum benachbarter Streifen 25 ist im wesentlichen derselbe. Der ringförmige Antriebsraum 17 ist mit einem Kraftfluideinlaß 26 versehen, der in den ringförmigen Antriebsraum 17 stromaufwärts des Hydromotors 20 einmündet. Die Form der gebogenen Streifen 25 ist so gewählt, daß ein durch den ringförmigen Antriebsraum 17 strömendes Fluid während des Normalbetriebs bewirkt, daß sich der Rotor 8 dreht.
Die Vorrichtung umfaßt weiter einen rotorangetriebenen Kompressor 30, der im rohrförmigen Rotor 8 angeordnet ist. Der Kompressor 30 enthält ein schraubenförmiges Schneckenblatt 32, das an der Innenfläche 35 des rohrförmigen Rotors 8 befestigt ist. Zum Bewirken einer Gaskompression nimmt die Steigung des schraubenförmigen Schneckenblatts 32 in der Richtung des Auslaßendes 6 ab. Die Form des schraubenförmigen Schneckenblatts 32 ist so gewählt, daß der Druck entlang des schraubenförmigen Schneckenblatts des Fluids während des Normalbetriebs vom Pegel am Ansaugende zum gewünschten Pegel am Auslaßende der Vorrichtung zunimmt.
Die Außenfläche des Gehäuses 2 ist mit einem verjüngten Abschnitt 37 versehen. Der verjüngte Abschnitt 37 kann mit einem entsprechenden verjüngten Abschnitt 40 (siehe Figur 2) des unteres Endes einer Rohrleitung 43 zusammenpassen.
Die Rohrleitung 43 ist in einer Ausfütterung 47 angeordnet, die im zum Reservoir 50 hin gebohrten Bohrloch 48 angeordnet worden ist. Die Verrohrung 43 ist mit Öffnungen 53 versehen, die eine Fluidverbindung vom Ringraum 55 zwischen der Verkleidung 47 und der Verrohrung 43 in den ringförmigen Antriebsraum 17 (siehe Figur 1) über den Kraftfluideinlaß 26 gestattet. Zur Verhinderung einer Fluidverbindung zwischen dem Ringraum 55 und dem Ansaugende 5 des Gehäuses der Vorrichtung 1 ist ein Dichtungsstück 56 am unteren Ende der Verrohrung 43 vorgesehen, um den Ringraum 55 abzudichten.
Während des Normalbetriebs tritt aus dem Reservoir 50 austretendes Fluid durch das Ansaugende 5 in den Kompressor 30 ein. Das Antriebsfluid wird durch den Ringraum 55 zu den Öffnungen 53 und 26 (siehe Figur 1) in den ringförmigen Antriebsraum 17 zugeführt. Das Antriebsfluid versorgt den Notor 20, der wiederum den rohrförmigen Rotor 8 antreibt. Im unteren Teil des Bohrlochs 48 gesammeltes Fluid unter dem Dichtungsstück 56 wird in das Ansaugende 5 der Vorrichtung 1 durch die Wirkung des sich drehenden Kompressors angesaugt. Fluid tritt durch den Innenraum des rohrförmigen Rotors 8 zum Auslaßende 6, wo es mit durch den ringförmigen Antriebsraum 17 verlassendem Antriebsfluid vereint wird. Die Mischung von komprimiertem Fluid und Antriebsfluid strömt durch die Verrohrung 43 zur Oberfläche.
Die Anzahl von Windungen pro Meter des schraubenförmigen Schneckenblatts 32 des Kompressors 30 liegt zwischen 5 und 50.
Bei dem unter Bezug auf Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel umfaßt der Rotortrieb eine Anzahl von ähnlichen gebogenen Streifen, die an der Außenfläche des Rotors befestigt sind. Alternativ enthält der Rotorantrieb ein schraubenfärmiges Schneckenblatt, das an der Außenfläche des Rotors befestigt ist. Die Anzahl von Windungen pro Meter des schraubenförmigen Schneckenblatts des Rotortriebs ist zweckmäßig zwischen 4 und 48 und die Anzahl von schraubenförmigen Schneckenblättern liegt zwischen zwei und vier.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Rotortrieb ein Elektromotor. In diesem Fall sind Dauermagneten am Rotor befestigt und geeignete Magnetspulen sind entlang der Innenfläche des Gehäuses angeordnet. Die Magnetspulen sind über Elektroleitungen mit Antrieb versehen, die sich zu einer elektrischen Spannungsversorgung erstrecken.

Claims

1. Vorrichtung (1) zur Verdichtung eines Fluids, aufweisend ein rohrförmiges Gehäuse (2) mit offenem Ende, das ein Ansaugende (5) und ein Auslaßende (6) aufweist, und einen rotorangetriebenen Kompressor (30), der ein schraubenförmiges Schneckenblatt (32) aufweist, wobei die Steigung des schraubenförmigen Schneckenblatts (32) in der Richtung des Auslaßendes (6) abnimmt, dadurch gekennzeichnet daß die Vorrichtung (1) weiter einen drehbar im Gehäuse (2) angeordneten, rohrförmigen Rotor (8) mit offenem Ende, einen ringförmigen Antriebsraum (17), der zwischen der Innenfläche des Gehäuses (2) und der Außenfläche des Rotors (8) begrenzt ist, eine Ringdichtung (12), die Fluidströmung vom ringförmigen Antriebsraum (17) zum Ansaugende (5) verhindert, und einen im ringförmigen Antriebsraum (17) angeordneten Rotorantrieb (20) aufweist und daß der rotorangetriebene Kompressor (30) im rohrförmigen Rotor (8) angeordnet ist, wobei das schraubenförmige Schneckenblatt (32) an der Innenfläche des rohrförmigen Rotors (8) befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Rotorantrieb (20) ein Elektromotor ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Rotorantrieb (20) ein im ringförmigen Antriebsraum (17) angeordneter fluidangetriebener Motor (20) ist, der sich in Fluidverbindung mit dem Auslaßende (6) befindet und der mit einem Antriebsfluideinlaß (26) versehen ist, der in den ringörmigen Antriebsraum (17) stromaufwärts zum fluidangetriebenen Motor (20) mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der fluidangetriebene Motor (20) eine Anzahl von ähnlichen gebogenen Streifen (25) aufweist, die an der Außenfläche des Rotors (8) befestigt sind, so daß der Zwischenraum zwischen benachbarten Streifen (25) im wesentlichen derselbe ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der fluidangetriebene Motor (20) ein schraubenförmiges Schneckenblatt enthält, das an der Außenfläche des Rotors (8) befestigt ist.