EP3247874B1

EP3247874B1 - Rohr-in-rohr fördersystem und verfahren

Info

Publication number: EP3247874B1
Application number: EP16704397.5A
Authority: EP
Inventors: Michael Windus; Uwe Schoenke
Original assignee: Geo Service Eschwege
Current assignee: Geo Service Eschwege
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-01-25
Also published as: EP3247874A1; DE202016000455U1; WO2016116633A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und eine Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit innerhalb eines Flüssigkeitsreservoirs, beispielsweise zum Pumpen von Wasser im Rahmen eines Geothermie-Vorhabens in einem Bohrloch. Anwendungsbereich der Erfindung ist unter anderem die Förderung von Brauch- und Trinkwässern, sowie jeglicher flüssiger Substanzen.

Hintergrund der Erfindung

Das Dokument US 5,064,335 A betrifft eine Fördereinheit mit einem hydraulischen Motor mit zwei Zylindern zum Antreiben einer Kolbenpumpe. Nachteilig ist allerdings, dass die Förderung komplett ausfällt, sobald Motor oder Pumpe beschädigt sind.
Eine gewisse Redundanz bietet dagegen die US 2007/0274849 A1 , die eine Vorrichtung mit zwei je einzelnen oder zusammen im Boost-Modus in Serie schaltbaren Fördereinheiten betrifft. Nachteilig ist beim Boost-Modus, dass die Förderung komplett ausfallen kann, wenn der Druck der noch funktionierenden Fördereinheit nicht mehr ausreicht, sobald die andere Fördereinheit versagt. Außerdem bleibt eine der beiden Fördereinheiten stets ungenutzt, wenn diese so konfiguriert sind, dass sie wechselseitig genutzt werden. Das Umschalten zwischen den drei Modi erfolgt zudem über Manschettenventile, da die jeweils inaktive Fördereinheit überbrückt werden muss.
Im Allgemeinen sind Erdbohrungen heute so tief, dass ein Betriebsausfall der im Bohrloch operierenden Fördereinheit sehr nachteilig ausfällt. Dabei gilt, je tiefer die Fördereinheit versenkt ist, desto länger und aufwendiger muss diese für eine Reparatur geborgen werden.
US 6,250,390 B1 betrifft Systeme zum Fördern von Flüssigkeiten aus Bohrlöchern und insbesondere ein duales Tauchpumpensystem zur Verwendung in einem eng begrenzten Bohrloch, um Flüssigkeiten aus getrennten Vorratsbehältern ohne Vermischung der Flüssigkeiten zu fördern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile der bekannten Systeme beseitigt und den Ausfall des Fördersystems aufgrund eines Schadens in großer Tiefe möglichst kurz zu halten.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf weitere Aspekte der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Lösung baut auf dem Parallelbetrieb mehrerer Fördereinheiten im Bohrloch auf. Diese fördern Flüssigkeit aus einem Erdloch, z.B. einem Bohrloch, die sie unabhängig voneinander in einen gemeinsamen Förderstrang abgeben. Da der vorhandene Raum im Bohrloch jedoch meist stark eingeschränkt ist, sind die Fördereinheiten vorzugsweise übereinander angebracht. Die erfindungsgemäße "Rohr-in-Rohr" Fördervorrichtung ist eine bevorzugte Ausgestaltung dieser konstruktiv sehr anspruchsvollen Bedingungen.
Eine bevorzugte Konfiguration, wie sie in den Figuren näher erläutert ist, weist zwei Fördereinheiten auf. Der Fachmann wird allerdings erkennen, dass auch mehr als zwei Fördereinheiten übereinander angeordnet werden können. Es sollte dafür neben jeder oberen Fördereinheit ein ausreichender Förderraum vorgesehen werden, der es ermöglicht, die von den darunter liegenden Fördereinheiten geförderte Flüssigkeit an der oberen Fördereinheit vorbeizuleiten.
Die im Parallelbetrieb arbeitenden Fördereinheiten sind vorzugsweise dem bei Bohrlöchern üblichen runden Querschnitt angepasst. Allerdings kann die Form auch jede andere geeignete Form annehmen, um in ein Erdloch (Bohrloch) eingeführt zu werden. Als bevorzugte Ausfühungsform wird hier eine Rohr-in-Rohr Fördervorrichtung beschrieben, bei der es sich um ein inneres Rohr kleineren Durchmessers handelt, welches mittels eines Fertigungsverfahrens in ein äußeres Rohr größeren Durchmessers eingebunden wird. Als Rohr wird dabei ein länglicher, hohler, nach beiden Seiten hin offener Gegenstand verstanden, mit vorzugsweise rundem Querschnitt (zylinderförmig), doch sollen, wie in den Figuren dargestellt, auch Formen mit sich änderndem Durchmesser oder Querschnitt oder andere Formen darunter fallen, solange sie mit dem Bohrloch kompatibel sind.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung zur Flüssigkeitsförderung, insbesondere für Geothermie-Anlagen, bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst ein äußeres Rohr mit einem Zulauf und einem Ablauf, eine erste Fördereinheit mit einem Zulauf und einem Ablauf, wobei die erste Fördereinreinheit unterhalb (also stromaufwärts) des äußeren Rohres angebracht ist. Die Vorrichtung umfasst ferner ein inneres Rohr mit einem geringeren Durchmesser als das äußere Rohr, wobei das innere Rohr innerhalb des äußeren Rohres angeordnet ist und dabei einen äußeren Förderraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr definiert, mindestens eine weitere Fördereinheit mit mindestens einer Antriebseinheit, einem Zulauf und einem Ablauf, wobei die mindestens eine weitere Fördereinheit im Inneren des inneren Rohres angeordnet ist und wobei der Zulauf des äußeren Rohrs unterhalb der mindestens einen Antriebseinheit angebracht ist; und wobei die Fördereinheiten hydraulisch parallel geschaltet und die erste Fördereinheit vorzugsweise unterhalb der mindestens einer weiteren Fördereinheit angeordnet ist, wobei die mindestens eine weitere Fördereinheit an ihrem Auslass ein Rückschlagventil aufweist.
Der äußere Förderraum kann geeignet sein die durch die erste Fördereinheit geförderte Flüssigkeit an der mindestens einen weiteren Fördereinheit vorbei zu leiten.
Die Fördereinheiten haben ihren jeweiligen Zulauf vorzugsweise unterhalb des jeweiligen Ablaufs.
Die Zuläufe der Fördereinheiten können dabei als vertikale Schlitze ausgebildet sein und der Zulauf des inneren Rohres kann aus mindestens einem Zulaufrohr gebildet sein und das mindestens eine Zulaufrohr eine durchgängige Verbindung zwischen dem Raum außerhalb des äußeren Rohres und dem Raum innerhalb des inneren Rohres herstellen.
Ferner kann das mindestens eine Zulaufrohr geeignet sein Flüssigkeit in seinem Inneren von Flüssigkeit in dem äußeren Förderraum zu isolieren.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung einen gemeinsamen Förderstrang oberhalb der mindestens einen weiteren Fördereinheit aufweisen, der geeignet ist getrennt geförderte Flüssigkeiten der ersten und weiteren Fördereinheiten zusammen zu führen.
Die erste Fördereinheit und/oder die mindestens eine weitere Fördereinheit können ein Rückschlagventil vorzugsweise an ihrem Auslass aufweisen.
Die Vorrichtung kann weiterhin mindestens einen Entlüftungskanal aufweisen, der eine Verbindung zwischen dem Raum außerhalb des äußeren Rohres und dem Raum innerhalb des inneren Rohres herstellt und vorzugsweise am oberen Ende des äußeren Rohres angeordnet ist und vorzugsweise verschließbar ist.
Als Fördereinheiten kommen z.B. elektrisch betriebene Tauchpumpen in Frage.
Gemäße eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ein Anschlussrohr für elektrische Leitungen aufweisen, das den Raum innerhalb des mindestens eines weiteren inneren Rohres mit dem Raum außerhalb des äußeren Rohrs verbindet.
Die untere Fördereinheit kann ferner über ein Short-Rohr zur Erhöhung der Fließgeschwindigkeit verfügen.
Es liegt im Wesen des hydraulischen Parallelbetriebs, dass beim Ausfall einer Fördereinheit die übrigen Fördereinheiten weiter produzieren können. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung mit z.B. zwei Fördereinheiten ist also, dass beim Ausfall einer Fördereinheit noch rund die Hälfte der Förderleistung erbracht wird, und somit die Gesamtproduktion nicht komplett ausfällt. Die Fördervorrichtung mit zwei Fördereinheiten hat als weiteren Vorteil, dass ihre Förderleistung in einem breiteren Umfang variiert werden kann als nur mit einer Fördereinheit. So ist es üblicherweise nur möglich eine einzelne Fördereinheit in ihrer Förderleistung auf die Hälfte zu drosseln oder ganz abzuschalten. Durch den erfindungsgemäßen Parallelbetrieb zweier Fördereinheiten kann die Gesamtleistung allerdings etwa bis auf ein Viertel reduziert werden, wenn eine der beiden Fördereinheiten abgeschaltet wird und die zweite auf die Hälfte gedrosselt wird. Das ist bei Geothermieprojekten insbesondere in den Sommermonaten von großem Vorteil, da dann weniger Pumpleistung erbracht werden muss.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1 eine schematisch Darstellung des konstruktiven Aufbaus des oberen Teils der Fördervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 ein schematisches Fluss- und Zuflussschema der oberen/inneren Fördereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 ein schematisches Fluss- und Zuflussschema der unteren/äußeren Fördervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 ein schematisches Fluss- und Zuflussschema beider Fördereinrichtungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 5 eine schematische Darstellung (Draufsicht) entlang der Linie A aus Figur 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Kabeldurchführung zur inneren Fördereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Figur 7 eine schematisch Darstellung der Abdichtung der Kabeldurchführung aus Figur 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Figur 8 eine schematische Darstellung ein Rohr-in-Rohr Fördersystem mit einer alternativen Kabelführung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Figur 9a eine schematische Darstellung eines äußeren Rohrs des Rohr-in-Rohr Fördersystems der Ausführungsform gemäß Figur 8;
Figur 9b eine schematische Darstellung einer inneren Fördereinheit des Rohr-in-Rohr Fördersystems mit der Kabelführung der Ausführungsform gemäß Figur 8;
Figur 9a eine schematische Darstellung einer unteren Fördereinheit des Rohr-in-Rohr Fördersystem mit der Kabelführung der Ausführungsform gemäß Figur 8.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und der Figuren näher erläutert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 1 ist das Rohr-in-Rohr System 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ohne Pumpen schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt das Rohr-in-Rohr System 100 mit einem Flansch 101 zur Montage des Überganges von einem gemeinsamen Förderraum 108 auf den gemeinsamen Förderstrang (oberhalb des Flansches 101 angedeutet). Fig. 1 zeigt zusätzlich Flansch 102 zum Öffnen des Montagedeckels, zum Zweck des Einbaus einer inneren Fördereinrichtung (nicht gezeigt). Die in Fig. 1 gezeigte konische Verbindung zwischen dem ersten Flansch 101 und dem zweiten Flansch 102 kann z.B. auch eben ausgeführt sein.
Fig. 1 zeigt weiter den inneren Montageraum 104, und einen äußeren Förderraum 105. Der innere Montageraum 104 kann die innere Fördereinrichtung aufnehmen und der äußere Förderraum 105 kann Flüssigkeit am inneren Rohr 109 vorbei leiten. Ferner zeigt Fig. 1 Zulaufrohre 106, die mit dem inneren Rohr 109 kommunizieren. Die Zulaufrohre 106 erlauben einen Zulauf von Flüssigkeit in den inneren Montageraum 104. Die Anzahl der Zulaufrohre 106 können am Umfang des äußeren Rohres 110 des Rohr-in-Rohr Systems 100 in beliebiger Anzahl und Form angebracht sein. Der Flansch 107 in Fig. 1 definiert den Übergang zur unteren Fördereinheit (nicht gezeigt), welche nachfolgend näher beschrieben wird. Dem Fachmann ist klar, dass die beschriebenen Verbindungselemente (z.B. Flansch 101, 102, 107) ebenfalls als Schraubverbindungen, Muffen, Zapfen etc. ausgeführt werden können.
Bei der Inbetriebnahme wird das im Inneren befindliche Rohr 109 geringeren Durchmessers durch die Zulaufrohre 106 von außen durch den entstandenen Raum 105 zwischen dem inneren kleinerem Rohr 109 und dem äußeren Rohr 110 größeren Durchmessers mit der zu fördernden Flüssigkeit gefüllt.
Fig. 1 zeigt ferner einen Belüftungskanal 103 zum Entlüften des inneren Rohrs. Der Belüftungskanal 103 gewährleistet die richtige Befüllung des inneren Montageraums 104. Dabei wird das Entstehen einer Luftblase während der Montage im inneren Montageraum 104 ausgeschlossen. Allerdings können auch mehrere Belüftungskanäle jeglicher Form und Größe im Umfang des Rohr-in-Rohr Systems 100 verarbeitet werden. Der Lüftungskanal 103 kann dabei zusätzlich verschließbar ausgestaltet sein. Ferner können mehrere Belüftungskanäle am Umfang der Rohr-in-Rohr Systems 100 angebracht sein. Der/Die Belüftungskanal/Belüftungskanäle kann/können dabei horizontal zur Hauptachse des inneren Rohrs, oder auch unter einem Winkel zur Hauptachse des inneren Rohrs ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt das Rohr-in-Rohr System 100 aus Fig. 1 mit einer Fördereinheit 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Rohr-in-Rohr System 100 nimmt die obere Fördereinheit 200 im Inneren des Rohres (innerer Montageraum 104) auf. Die Fördereinheit (auch innere Fördereinheit genannt) 200 gemäß Fig. 2 umfasst ein Rückschlagventil 201, ein Flüssigkeitseintrittssieb 203, und vier Antriebseinheiten 204. Auch wenn hier beispielhaft vier Antriebseinheiten 204 gezeigt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anzahl der Antriebseinheiten 204 beschränkt. Es kann jede geeignete Anzahl an Antriebseinheiten 204 verwendet werden. Für den Flüssigkeitszulauf aus dem Flüssigkeitsreservoir zur oberen Fördervorrichtung 200 sind die ein oder mehreren Zulaufrohre 106 von außen nach innen in den inneren Förderraum 104 durchgängig ausgebildet. Das soll verhindern, dass sich die von einer unteren Fördereinheit geförderte Flüssigkeit mit der von außen kommenden Flüssigkeit, die durch die obere Fördereinheit 200 angesaugt wird, vermischt. Das Flüssigkeitseintrittssieb 203 ist hier beispielhaft als mehrere vertikale Schlitze ausgebildet. Andere Geometrien des Flüssigkeitseintrittssiebes 203 sind selbstverständlich nicht ausgeschlossen.
Zusätzlich zeigt Fig. 2 den Fluss der Flüssigkeit beim Betrieb der inneren Fördereinheit 200 anhand der eingezeichneten nicht ausgefüllten Pfeile. Wie aus Fig. 2 hervorgeht saugt die innere Fördereinheit 200 die Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsreservoir (z.B. einem Brunnen) über die Zulaufrohre 106 an. Die Flüssigkeit wird dabei an den Antriebseinheiten 204 vorbeigeführt. Dies hat den zusätzlichen Effekt der Kühlung der Antriebseinheiten 204. Ferner wird die Flüssigkeit durch das Flüssigkeitseintrittssieb 203 in einen inneren Förderraum 202 der Fördereinheit 200 in den Förderstrang 108, und folglich Übertage in Fließrichtung der nicht ausgefüllten Pfeile gefördert.
Fig. 3 zeigt nun das Rohr-in-Rohr Fördersystem 100 und die untere Fördereinheit 300, welche über den Flansch 107 mit dem Rohr-in-Rohr System 100 verbunden ist. Die untere Fördereinheit 300 ist vorzugsweise ähnlich aufgebaut wie die obere Fördereinheit 200 (s. Fig. 2). Das heißt, die untere Fördereinheit 300 weist ein Rückschlagventil 301, ein Flüssigkeitseintrittssieb 303, mindestens eine Antriebseinheit 304, und einen inneren Förderraum 302 auf.
Fig. 3 zeigt ferner den Fluss der Flüssigkeit beim Betrieb der unteren Fördereinheit 300 anhand der eingezeichneten ausgefüllten Pfeile. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung saugt die untere Fördereinheit 300 die zu fördernde Flüssigkeit über das Flüssigkeitseintrittssieb 303 an. Nun nimmt die zu fördernde Flüssigkeit ihren Weg durch den inneren Förderraum 302 der unteren Fördereinheit 300 und den äußeren Förderraum 105 des Rohr-in-Rohr Fördersystems 100 und wird in Flussrichtung der ausgefüllten Pfeile über den Förderstrang 108 Übertage gefördert. Das heißt, das innere Rohr (der innere Montageraum 104) wird vorzugsweise von außen mit der geförderten Flüssigkeit der unteren Fördervorrichtung 300 umspült.
Fig. 4 zeigt das erfindungsgemäße Rohr-in-Rohr Fördersystem 100 mit der ersten und der zweiten Fördereinheit 200, 300. Fig. 4 stellt dabei ein Fluss- und Zuflussschema beim Betrieb beider Fördereinrichtungen 200, 300 dar. Zur Unterscheidung der verschiedenen Flüssigkeitswege, ist der Verlauf der Flüssigkeit, welche von der oberen Fördereinheit 200 gefördert wird, mit nicht ausgefüllten Pfeilen, und der Verlauf der Flüssigkeit, welche durch die untere Fördereinheit 300 gefördert wird, mit ausgefüllten Pfeilen dargestellt. Bei Start und beim Betrieb beider, also der sich im inneren des Rohr-in-Rohr Systems 100 befindlichen oberen Fördereinheit 200 und der sich am unteren Ende des Rohr-in-Rohr Systems 100 befindlichen unteren Fördereinheit 300, läuft die Förderung der Flüssigkeit wie folgt ab.
Die sich im inneren Förderraum 104 befindliche obere Fördereinheit 200 saugt ihre zu fördernde Flüssigkeit durch das Flüssigkeitseintrittsieb 203 unabhängig vom und ohne Kontakt zum von der unteren Fördereinheit 300 geförderten Flüssigkeit und fördert selbiges in den gemeinsamen Förderraum 108 Übertage.
Die unter dem Rohr-in-Rohr Fördersystem 100 sitzende untere Fördereinheit 300 fördert ihrerseits Flüssigkeit direkt aus dem Reservoir durch das Flüssigkeitseintrittssieb 303, ohne Kontakt zur Flüssigkeit, die durch die innere Fördereinheit 200 gefördert wird, durch den Förderraum 105 zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr in den gemeinsamen Förderstrang 108 und schließlich Übertage. Mit anderen Worten, die untere Fördereinheit 300 transportiert die Flüssigkeit an der inneren Fördereinheit 200 vorbei in den gemeinsamen Förderraum 108 nach oben. Die innere Fördereinheit 200 bekommt das zu fördernde Liquid durch die bereits genannten Zulaufrohre 106 durch den entstanden Raum (äußerer Förderraum 105) zwischen dem inneren 109 und äußeren Rohr 110. Die getrennt geförderten Flüssigkeiten kommen somit erst im gemeinsamen Förderraum 108 zusammen.
In den oben beschriebenen Fördereinheiten 200, 300 sind jeweils Rückschlagventile 201, 301 vorgesehen um die Betriebssicherheit zu erhöhen. Ein Rückschlagventil 201, 301 wird dabei vorzugsweise am Ablauf einer der Fördereinheit 200, 300 angebracht und schützt diese so vor dem Eindringen von Flüssigkeit entgegen der Förderrichtung. Denkbar ist aber auch ein Anbringen am Zulauf der Fördereinrichtungen 200, 300.
Das System kann, wenn notwendig, mit und ohne einem sog. Überrohr (auch Short-Rohr genannt) über der unteren Fördereinheit betrieben werden um die Fließgeschwindigkeit zu erhöhen.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung in Draufsicht entlang der Linie A aus Fig. 2. Dabei befindet sich in der Mitte, innerhalb des inneren Rohres der Montageraum 104 für die innere Fördereinheit 200. Zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr 109, 110 befindet sich der äußere Förderraum 105 für die untere Fördereinheit 300. Die geschlängelten Pfeile deuten den Verlauf der durch die innere Fördereinheit 200 angesaugten, Flüssigkeit an. Wie zu erkennen ist wird die Flüssigkeit dabei von einem außen liegenden Reservoir zum Montageraum 104 der inneren Fördereinheit 200 geleitet ohne das diese Flüssigkeit mit Flüssigkeit in dem äußeren Förderraum 105 in Berührung kommt. Die Einbindung und Verschraubung der inneren Fördereinheit 200 an das sich im inneren befindliche Rohr 109 erfolgt z.B. über die gezeigte Flanschverbindung 401, ein "liner hanger"-System und umfasst alle gängigen Absetzvarianten für Tauchkreiselpumpen. Ferner sind die oben bereits beschriebenen Belüftungskanäle 103 in gezeigt.
Figur 6 zeigt eine Durchführung des Motoranschlusskabels durch den gemeinsamen Förderstrang 108 und den inneren Förderraum 104 bis zur inneren Fördereinheit 200. Somit wird die Zuführung von elektrischen Leitungen für die innere Fördereinheit 200 sichergestellt. Dabei wird ein Rohr 501 vom äußeren Rohr 110 durch den äußeren Förderraum 105 zum Montageraum 104 zum Anschluss der inneren Fördereinheit 200 eingebracht. Diese Art der Durchführung ist besonders vorteilhaft, da die Kabel ohne mit Flüssigkeit in Berührung zu kommen zur inneren Fördereinheit 200 geführt werden können. Geeignet ist ebenfalls jede ähnliche Konstruktion, die es erlaubt, ein Kabel durch selbiges zu verlegen.
Fig. 7 zeigt die Abdichtung des eingebrachten Rohres 501 zwischen dem inneren Rohr 109 und dem äußeren Rohr 110. Das eingebrachte Rohr 501 wird im unteren Bereich (Bereich des inneren Rohres 109) mittels eines Gewindes welches mit Dichtmitteln, Dichtringe etc. versehen wird eingeschraubt (eingebrachtes Rohr 501). Vorzugsweise weist das eingebrachte Rohr dazu ein Außengenwinde und ein Abschlussdeckel des inneren Rohres 109 ein entsprechendes Innengewinde auf. Im oberen Bereich (Bereich des äußeren Rohres 110) des eingebrachten Rohres 501 wird vorzugsweise eine Stoffbuchse, eine Dichtscheibe o.ä. in das äußere Rohr 110 eingebracht. Nach erfolgter Montage der inneren Fördereinheit 200 wird die Stoffbuchse eingezogen, wodurch sich eine Abdichtung gegen den äußeren Bereich (Reservoir) und dem gemeinsamen Förderraum 108 ergibt.
Fig. 8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, um elektrische Kabel an die innere Fördereinheit 200 und die untere Fördereinheit 300 heranzuführen und anzuschließen. Fig. 8 zeigt einen ersten Kabelstrang 600 zum Anschluss an die innere Fördereinheit 200 und einen zweiten Kabelstrang 700 zum Anschluss an die untere Fördereinheit 300. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um im Wesentlichen starre Kabelstränge 600, 700. Allerdings können die Kabelstränge 600, 700 auch flexibel ausgebildet sein.
Gemäß Fig. 8 werden die beiden Kabelstränge 600, 700 an dem äußeren Rohr 110 außen entlang geführt. Im Bereich des Anschlusses des ersten Kabelstrangs 600 an die innere Fördereinheit 200 wird vorzugsweise eine Abdeckvorrichtung 800, z.B. ein Abdeckblech, vorgesehen. Die Abdeckvorrichtung 800 schließt vorzugsweise mit dem äußeren Rohr 110 formschlüssig ab um eine möglichst glatte bzw. geradlinige Form des äußeren Rohrs 110 zu erreichen. Ferner wird durch die Bereitstellung der Abdeckvorrichtung 800 ein Eindringen von Schmutzpartikeln in das Rohr-in-Rohr Fördersystem 100 vermieden, was u.a. die Lebensdauer des Rohr-in-Rohr Fördersystems 100 verlängern kann. Wie in Fig. 8 zu sehen ist, wird der zweite Kabelstrang 700 unterhalb der Abdeckvorrichtung 800 und entlang des äußeren Rohrs 110 bis zur unteren Fördereinheit 300 weiter geführt.
Die Kabelstränge 600, 700 können aus jeweils einem oder mehreren metallischen Leitern, z.B. Kupfer, bestehen, die mit einer äußeren Abschirmung (äußere Isolatorschicht) versehen sind. Die Querschnitte der metallischen Leiter hängen dabei im Wesentlichen von den benötigten Strömen der zu betreibenden Fördereinheiten 200, 300 ab. Die verwendeten Querschnitte legen ebenfalls die Starrheit der Kabelstränge 600, 700 fest. Alternativ können die Kabelstränge 600, 700 auch in Kabelkanälen (nicht gezeigt) geführt werden, sodass die entsprechenden elektrischen Leitungen im inneren dieser Kabelkanäle geführt werden. Die Verwendung von Kabelkanälen hat z.B. den Vorteil, dass defekte Kabel leichter ausgetauscht werden können und die Kabel im inneren der Kabelkanäle vor äußeren Einflüssen zusätzlich geschützt werden.
In den Figuren 9a bis 9c sind die einzelnen Baugruppen der beispielhaften Ausführungsform des Rohr-in-Rohr Fördersystems 100 gemäß Fig. 8 näher dargestellt. Fig. 9a zeigt eine Vorderansicht des äußeren Rohrs 110. Fig. 9b zeigt die innere Fördereinheit 200 in einer Seitenansicht. Fig. 9c zeigt die untere Fördereinheit 300 in einer Vorderansicht.
Gemäß Fig. 9a sind ein erster Kanal 111 und ein zweiter Kanal 112 in dem äußeren Rohr 110 vorgesehen. Die Kanäle 111, 112 bilden eine Vertiefung in dem äußeren Rohr 110, sodass die Kabelstränge 600, 700 von den Kanälen 111, 112 im Wesentlichen komplett aufgenommen werden. Mit anderen Worten, die Kabelstränge 600, 700 schließen im Wesentlichen bündig mit dem äußeren Rohr 110 ab. Dadurch wird eine möglichst glatte bzw. geradlinige Form des äußeren Rohrs 110 erreicht und ein Absenkvorgang des Rohr-in-Rohr Fördersystems 100 wird erleichtert.
Der erste Kanal 111 ist vorzugsweise breiter ausgebildet als der zweite Kanal 112, da der erste Kanal 111 beide Kabelstränge 600, 700 aufnimmt. Der zweite Kanal 112 nimmt lediglich den Kabelstrang 700 auf und ist vorzugsweise weniger breit ausgebildet als der erste Kanal 111. Insbesondere ist die Breite und Tiefe des ersten Kanals 111 auf die Breite und Tiefe des ersten Kabelstrangs 600 und des zweiten Kabelstrangs 700 angepasst. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die Breite und Tiefe des zweiten Kanals 112 auf die Breite und Tiefe des zweiten Kabelstrangs 700 angepasst sind. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, um eine möglichst glatte bzw. geradlinige Form des äußeren Rohrs 110 zu gewährleisten. Alternativ können die beiden Kanäle 111, 112 z.B. auch die gleiche Breite aufweisen, um die Herstellung zu vereinfachen und Kosten zu sparen.
Zur Durchführung des ersten Kabelstrangs 600 an die innere Fördereinheit 200 weist das äußere Rohr 110 ferner eine Öffnung 113 auf. Besonders bevorzugt ist die Öffnung 113 wie in Fig. 9a dargestellt im Wesentlichen oval ausgebildet. Alternativ können auch andere Formen, wie z.B. rechteckig, rund etc., für die Öffnung 113 verwendet werden.
In Fig. 9b ist die innere Fördereinheit 200 und der erste Kabelstrang 600 näher gezeigt. Gemäß Fig. 9b weist der Flansch 102 eine Aussparung 114 auf, in der der erste und der zweite Kabelstrang 600, 700 aufgenommen werden können. Dadurch wird eine möglichst glatte bzw. geradlinige Form des Rohr-in-Rohr Fördersystems 100 gewährleistet. An der Stelle, an der der erste Kabelstrang 600 durch die zuvor beschriebene Öffnung 113 durch das äußere Rohr 110 hindurch geführt wird, weist der erste Kabelstrang 600 einen nach innen gebogenen Abschnitt 601 auf. Durch eine Öffnung 205 der inneren Fördereinheit wird der Kabelstrang 600 an den elektrischen Anschluss 206 der inneren Fördereinheit 200 geführt und mit diesem elektrisch verbunden.
Fig. 9c zeigt die untere Fördereinheit 300 und den zweiten Kabelstrang 700. Der zweite Kabelstrang 700 wird entlang der unteren Fördereinheit 300 geführt und weist, ähnlich wie der Kabelstrang 600, einen nach innen gebogenen Abschnitt 701 auf. Dadurch wird der Kabelstrang 700 an die untere Fördereinheit 300 und dessen elektrischen Anschluss 306 geführt. Zusätzlich weist die untere Fördereinheit 300 ebenfalls eine Öffnung 305 auf, wodurch der zweite Kabelstrang 700 leicht an dessen elektrischen Anschluss 306 geführt werden kann.
Vorzugsweise weist der Kabelstrang 700 einen weiteren gebogenen Abschnitt (nicht gezeigt) an der Stelle auf, an dem der Kabelstrang den Kanal 112 verlässt und folgt somit im Wesentlichen der Form des äußeren Rohrs 110.
Während die vorliegende Erfindung hier unter Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben und dargestellt wurde, ist für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Auf diese Weise ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung abdeckt, sofern sie in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims

Vorrichtung zur Flüssigkeitsförderung, insbesondere für Geothermie-Anlagen, mit:
einem äußeren Rohr (110) mit einem Zulauf (106) und einem Ablauf;

einer ersten Fördereinheit (300) mit einem Zulauf (303) und einem Ablauf, wobei die erste Fördereinheit (300) unterhalb des äußeren Rohres (110) angebracht ist;

einem inneren Rohr (109) mit einem geringeren Durchmesser als das äußere Rohr (110), wobei das innere Rohr (109) innerhalb des äußeren Rohres (110) angeordnet ist und dabei einen äußeren Förderraum (105) zwischen dem inneren (109) und dem äußeren Rohr (110) definiert;

mindestens einer weiteren Fördereinheit (200) mit mindestens einer Antriebseinheit (204), einem Zulauf (203) und einem Ablauf, wobei die mindestens eine weitere Fördereinheit (200) im Inneren des inneren Rohres (109) angeordnet ist und wobei der Zulauf (106) des äußeren Rohrs unterhalb der mindestens einen Antriebseinheit (204) angebracht ist; und

wobei die Fördereinheiten (200, 300) hydraulisch parallel geschaltet und die erste Fördereinheit (300) unterhalb der mindestens einer weiteren Fördereinheit (200) angeordnet ist,

wobei die mindestens eine weitere Fördereinheit (200) an ihrem Auslass ein Rückschlagventil (201) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der äußere Förderraum (105) geeignet ist die durch die erste Fördereinheit (300) geförderte Flüssigkeit an der mindestens einen weiteren Fördereinheit (200) vorbei zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fördereinheiten (200, 300) ihren jeweiligen Zulauf (203, 303) unterhalb des jeweiligen Ablaufs haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zuläufe (203, 303) der Fördereinheiten (200, 300) als vertikale Schlitze ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Zulauf (106) des äußeren Rohres (110) aus mindestens einem Zulaufrohr (106) gebildet ist und das mindestens eine Zulaufrohr (106) eine durchgängige Verbindung zwischen dem Raum außerhalb des äußeren Rohres (110) und dem Raum innerhalb des inneren Rohres (109) herstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das mindestens eine Zulaufrohr (106) geeignet ist Flüssigkeit in seinem Inneren von Flüssigkeit in dem äußeren Förderraum (105) zu isolieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung einen gemeinsamen Förderstrang (108) oberhalb der mindestens einen weiteren Fördereinheit (200) aufweist, der geeignet ist getrennt geförderte Flüssigkeiten der ersten und weiteren Fördereinheiten (200, 300) zusammen zu führen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Fördereinheit (300) ein Rückschlagventil (301) vorzugsweise an ihrem Auslass aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtung mindestens einen Entlüftungskanal (103) aufweist, der eine Verbindung zwischen dem Raum außerhalb des äußeren Rohres (110) und dem Raum innerhalb des inneren Rohres (109) herstellt und vorzugsweise am oberen Ende des äußeren Rohres (110) angeordnet ist und vorzugsweise verschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Fördereinheiten (200, 300) elektrisch betriebene Tauchpumpen (200, 300) sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung ein Anschlussrohr (501) für elektrische Leitungen aufweist, das den Raum innerhalb des inneren Rohres (109) mit dem Raum außerhalb des äußeren Rohrs (110) verbindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste Fördereinheit (300) über ein Short-Rohr zur Erhöhung der Fließgeschwindigkeit verfügt.
Verfahren zur Flüssigkeitsförderung, insbesondere in Geothermie-Anlagen, unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.