WO1994015065A1 - Turbopumpe zur förderung hochviskoser stoffe - Google Patents

Turbopumpe zur förderung hochviskoser stoffe Download PDF

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WO1994015065A1
WO1994015065A1 PCT/EP1993/003178 EP9303178W WO9415065A1 WO 1994015065 A1 WO1994015065 A1 WO 1994015065A1 EP 9303178 W EP9303178 W EP 9303178W WO 9415065 A1 WO9415065 A1 WO 9415065A1
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pump
fluid
inlet
turbine
turbopump
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Helmut Warth
Bernard Josserand
Robert Bariatti
Jean Rougeaux
Sylvain Stihle
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Ksb Aktiengesellschaft
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121—Lifting well fluids
    • E21B43/129—Adaptations of down-hole pump systems powered by fluid supplied from outside the borehole

Definitions

  • the invention relates to a turbopump for pumping highly viscous substances, in particular heavy hydrocarbons or petroleum oils, in which a liquid of lower viscosity is mixed with the fluid to be pumped higher viscosity for the purpose of reducing the viscosity of the pumping medium before entering the pump.
  • the turbopump comprises a pump with an inlet and an outlet and a turbine which has an inlet and an outlet which are different from those of the pump and which is fastened on the same shaft as the pump.
  • a drive fluid with a lower viscosity than that of the fluid, which is miscible with it is fed under pressure to the inlet of the turbine. Part of the partially released drive fluid coming out of the turbine as the solution fluid is mixed in a chamber with the fluid before it enters the pump, thus reducing the viscosity of the mixture.
  • the mixture of solution liquid and fluid is drawn in by the pump at the inlet.
  • rod pumps with simultaneous supply of a solution liquid, as described in US Pat. No. 4,056,335, also represents a device for extracting heavy petroleum, which reduces the viscosity of the fluid.
  • Rod pumps are only to be operated in vertical boreholes and do not allow the pump to be oriented horizontally, which is particularly advantageous when extracting highly viscous petroleum.
  • turbopump The disadvantages listed here can be avoided when using a turbopump.
  • These pumps are characterized in that the pump is driven by a turbine, which sits on a shaft with the pump.
  • the drive fluid in the turbine is wholly or partially mixed with the fluid.
  • the document US-A-4 086 030 relates to a turbopump and shows a mixture of the drive fluid emerging from the turbine with the fluid emerging from the pump. Mixing takes place in a Venturi nozzle, the fluid enveloping the drive fluid emerging from a nozzle.
  • the disadvantage here is that mixing takes place only after it has left the pump. The viscosity of the mixture is not reduced before it enters the pump.
  • GB-A-2 057 058 also admixes the fluid around a central jet of partially relaxed
  • a turbopump for conveying highly viscous substances is disclosed in EP-B-0 246 943.
  • a partial flow of the drive fluid is fed into the pumped medium before entering the pump chamber with the aim of reducing the viscosity of the mixture to be pumped.
  • the mixing of the drive fluid with the fluid is incomplete because of the annular introduction.
  • FR-A-2 656 035 also makes use of the introduction of the drive fluid into the fluid, but is particularly suitable for carrying out the pump operation even in a horizontal position.
  • a disadvantage is that the highly viscous fluid is first passed around the pump in the housing before the drive fluid is mixed in and the viscosity is reduced.
  • This invention relates to the introduction of a low viscosity solution liquid serving as a drive liquid for a turbopump to a high viscosity fluid to be conveyed with the aim of reducing the high viscosity of the fluid, improving the pumpability of the fluid and increasing the yield of conveyed fluid .
  • the solution liquid is used first to drive the pump through the turbine mounted on the same shaft, before it is partially discharged completely or as a partial flow to the fluid before it enters the pump.
  • Injection channels are through which the solution liquid for generating a swirl is introduced with both a radial and a tangential component.
  • the method can be accompanied by a reduction in the borehole diameter. This is all the more remarkable the deeper the borehole is because the ratio of borehole costs to
  • the development according to claim 2 increases the swirling of the chamber contents by a counterflow and promotes mixing.
  • the mixture is additionally accelerated by the introduction and the drive power can be reduced. In this case, less mixing than in the teaching described in claim 2 is accepted.
  • the embodiment according to claim 4 teaches the introduction of the partially relaxed liquid from the chamber walls.
  • the development according to claim 5 teaches the introduction of the solution liquid from the center of the chamber against the flow.
  • This has the advantage that the bearing housing can be used as an introduction point for the pump and turbine shaft.
  • the shaft is usually stored in a liquid-lubricated radial plain bearing. Therefore, the supply of liquid through the bearing housing to the bearing is already available and can be used for injection into the chamber.
  • the training according to claim 7 provides the introduction of
  • Solvent liquid through a cross hole in the shaft. As the shaft rotates, dynamic introduction takes place. The angular velocity of the shaft at the point of exit is thus superimposed on the directional components of the speed of the emerging beam. The solvent liquid flows over the partially hollow shaft from the face of the shaft to the bore.
  • the first mixing by directional introduction can be followed by a second, mechanical mixing with a static mixer or with a dynamic mixer mounted on the shaft before the mixture finally enters the pump. Due to its design, the mechanical mixer represents a flow obstacle in the main flow direction. When flowing around the obstacles, the flow is swirled and further mixing takes place.
  • Fig. 1 shows a section through a conventional turbopump
  • Fig. 2 shows an embodiment of the invention for injecting the solution liquid into the mixing chamber
  • Fig. 3 shows the arrangement of the injection nozzles for generating a swirl
  • Fig. 4 shows the mechanical mixer as a module of the turbopump.
  • a line (3) opens into the inlet (2) and comes from the outlet (4) of the turbine (5) of a turbopump.
  • This machine essentially comprises the turbine (5), which has an outlet (4) and an inlet (6), and a pump (7), with an inlet (8) and an outlet (9), which are on the same shaft (10) how the turbine (5) is attached.
  • a more detailed description of this turbopump can be found in EP-B-0 246 943.
  • the turbine (5) is driven by a liquid of low viscosity, which is miscible with the fluid to be pumped.
  • the drive fluid is fed to the inlet (6) of the turbine (5) via the line (14).
  • the other partial flow which is referred to below as the solution liquid, is conducted via the line (3) in front of the inlet (8) of the pump (7) and, shown in FIGS. 2 and 3, via nozzles (20) and injection channels (21 ) directed into the inlet (2) injected.
  • the mixture of highly viscous fluid and less viscous solution liquid enters the inlet (8) of the pump (7) via a feed (11).
  • a mechanical mixer can additionally mix the mixture in the feed (11) before it enters the pump (7).
  • the pump (7) conveys the mixture from the borehole via a line (12) connected to the outlet (9).
  • FIG. 2 shows an exemplary arrangement of the injection channels (21) in the area of the inlet (2).
  • the injection direction has a component opposite to the delivery direction.
  • the nozzles (20) are formed from a drilled channel (21) of small cross-section and fed through the circumferential ring channel (22) into which the partially relaxed solution liquid flows.
  • the inlet (2) is introduced into the housing (25), which is provided with the bore (3) at the lower end, at which the bearing housing (15) with the bearing (13) for the pump and turbine shaft (16 ) connects.
  • Grooves (22) or (26) are incorporated in the bearing housing (15) and sealed against the housing (25).
  • Chamber (11) at the location of the bearing of the shaft (16) there are webs (27) and passage openings (28), behind it is another chamber (29) in which a mechanical mixer could be accommodated, or to which one directly connects the inlet (8) of the pump (7).
  • FIG. 3 shows the position of the nozzles. This representation also shows a directional component of the injection in the tangential direction. Through this Arrangement a rotational flow is generated, which has a three-dimensional helical course taking into account the axial component.
  • Fig. 4 illustrates the modular structure of the turbopump and indicates a mixer (30) arranged after the point of introduction of the drive fluid and upstream of the inlet (8) of the pump (7).
  • the shear stresses caused by the mixer increase the mixing of the mixture.
  • the drive fluid is introduced via a bore (33) in the shaft (10).
  • the shaft (10) is provided with a blind hole (34) and is applied with solution liquid via the cavity (36).
  • Drive fluid into the cavity (36) can occur between the bearing (13) supplied by a bore (35) in the bearing housing (15) and the shaft (10) or through additional bores.
  • the invention is intended to enable the development of petroleum deposits with viscous petroleum more economically than the previously used methods and devices.

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Abstract

Turbopumpe zum Pumpen eines Fluids hoher Viskosität, insbesondere schwerer Kohlenwasserstoffe oder Erdöle, die eine Pumpe (7) umfaßt mit einem Eingang (8) und einem Ausgang (9) sowie eine Turbine (5), die einen Eingang (6) und einen Ausgang (4), welche von denen der Pumpe verschieden sind, aufweist und die auf der gleichen Welle (10) befestigt ist wie die Pumpe, bei welchem eine Antriebsflüssigkeit mit einer geringeren Viskosität als die des Fluids, die mit diesem mischbar ist, unter Druck dem Eingang (6) der Turbine (5) zugeführt wird, wobei ein Teil der aus der Turbine (5) kommenden teilentspannten Antriebsflüssigkeit als Lösungsflüssigkeit in einer Kammer (11) dem Fluid vor Eintritt in die Pumpe zugemischt wird und somit die Viskosität des Gemisches verringert wird, und wobei das Gemisch aus Lösungsflüssigkeit und Fluid vom Eingang (8) der Pumpe (7) angesaugt wird. Eine Verbesserung der Fördereigenschaften wird dadurch erreicht, daß die Lösungsflüssigkeit zur Erzeugung eines Dralls sowohl mit einer radialen als auch einertangentialen Komponente in die Kammer (11) eingeleitet wird.

Description

Beschreibung
Turbopumpe zur Förderung hochviskoser Stoffe
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbopumpe zur Förderung hochviskoser Stoffe, insbesondere schwerer Kohlenwasserstoffe oder Erdöle, bei welcher ein Vermischen einer Flüssigkeit geringerer Viskosität mit dem zu fördernden Fluid höherer Viskosität zum Zweck der Verringerung der Viskosität des Fördermediums vor dem Eintritt in die Pumpe stattfindet. Dazu umfaßt die Turbopumpe eine Pumpe mit einem Eingang und einem Ausgang sowie eine Turbine, die einen Eingang und einen Ausgang, welche von denen der Pumpe verschieden sind, aufweist und die auf der gleichen Welle befestigt ist wie die Pumpe. Bei der Turbopumpe wird eine Antriebsflüssigkeit mit einer geringeren Viskosität als die des Fluids, die mit diesem mischbar ist, unter Druck dem Eingang der Turbine zugeführt. Ein Teil der aus der Turbine kommenden teilentspannten Antriebsflüssigkeit als Lösungsflüssigkeit wird in einer Kammer dem Fluid vor Eintritt in die Pumpe zugemischt und somit die Viskosität des Gemisches verringert. Das Gemisch aus Lösungsflüssigkeit und Fluid wird am Eingang von der Pumpe angesaugt.
Stand der Technik
Ein großer Anteil der Weltolvorrate besteht aus schwerem, zähem Erdöl. Mit zunehmender Ausbeutung des leichten Erdöls wächst der Bedarf an Technologien zur Förderung des schweren Erdöls. Um dieses Erdöl zu gewinnen, wurden verschiedene Verfahren zur Verringerung der Viskosität des Erdöls entwickelt, so daß die Förderung mit einer an sich bekannten Pumpe erfolgen kann.
Ein Verfahren mit einer Wasserstrahlpumpe und verflüssigenden Zusätzen wird in der GB-A-2 166 472 beschrieben. Es wird aber auch auf die Gefahr von Kavitationsschäden bei der Anwendung dieses Förderprinzips hingewiesen. Diese Gefahr erhöht sich mit zunehmendem Druck der Pumpe und begrenzt somit deren Einsatzbereich.
Die Verwendung von elektrisch angetriebenen Pumpen in einem Bohrloch mit zusätzlicher Zuführung einer Lösungsflüssigkeit und einer Zumischung zum Fördermedium wird in den Schriften EP-A-0 322 958 und US-A-4 749 034 beschrieben. Elektrisch angetriebene Pumpen haben aber den Nachteil, daß sie zur Förderung hochviskoser Stoffe ungeeignet sind, da sie zu einer hohen Wärmeentwicklung neigen. Die in der EP-A-0 322 958 hierzu angegebene Lösung stößt aber dann an ihre Grenzen, wenn etwa Dampf zur Beheizung des Erdölfeldes eingesetzt wird. Zudem sind auch die Kabel für den Elektromotor temperaturempfindlich.
Auch der Einsatz von Gestängepumpen mit gleichzeitiger Zuführung einer Lösungsflüssigkeit, wie in der US-A-4 056 335 beschrieben, stellt eine Vorrichtung zur Gewinnung schweren Erdöls dar, welche die Viskosität des Fluids verringert. Gestängepumpen sind aber nur in vertikalen Bohrlöchern zu betreiben und lassen keine horizontale Orientierung der Pumpe zu, welche insbesondere bei der Förderung hochviskosen Erdöls vorteilhaft ist.
Die hier aufgeführten Nachteile können beim Einsatz einer Turbopumpe vermieden werden. Diese Pumpen zeichnen sich dadurch aus, daß der Antrieb der Pumpe über eine Turbine erfolgt, welche auf einer Welle mit der Pumpe sitzt. Die Antriebs¬ flüssigkeit in der Turbine wird ganz oder teilweise dem Fluid beigemischt.
Die Schrift US-A-4 086 030 betrifft eine Turbopumpe und zeigt eine Vermischung der aus der Turbine austretenden Antriebsflüssigkeit mit dem aus der Pumpe austretenden Fluid. Die Vermischung erfolgt in einer Venturi-Düse, wobei das Fluid die aus einer Düse austretende Antriebsflüssigkeit umhüllt. Nachteilig ist hier, daß die Vermischung erst nach Austritt aus der Pumpe erfolgt. Die Verringerung der Viskosität des Gemisches vor Eintritt in die Pumpe wird nicht erreicht.
Bei der GB-A-2 057 058 findet zwar auch eine Zumischung des Fluids um einen zentralen Strahl von teilentspanntem
Antriebsmedium einer Turbine statt, die Vermischung der beiden Ströme findet aber vor Eintritt in die Pumpe statt. Diese Konstruktion eignet sich allerdings besonders zur Förderung gashaltiger, niedrigviskoser Medien und lehrt insofern die Erhöhung der Viskosität des Fördergemisches durch die
Antriebsflüssigkeit. Für die Verwendung als Turbopumpe zur Förderung hochviskoser Medien ist sie daher ungeeignet.
Eine Turbopumpe zur Förderung hochviskoser Stoffe wird dagegen in der EP-B-0 246 943 offenbart. Hier wird ein Teilstrom der Antriebsflüssigkeit dem Fördermedium vor Eintritt in die Pumpenkammer zugeführt mit dem Ziel, die Viskosität des zu pumpenden Gemisches zu verringern. Die Vermischung der Antriebsflüssigkeit mit dem Fluid ist aber wegen der ringförmigen Einleitung unvollständig.
Auch die FR-A-2 656 035 macht von der Einleitung der Antriebsflüssigkeit in das Fluid Gebrauch, ist aber besonders dazu geeignet, auch in horizontaler Lage den Pumpenbetrieb auszuführen. Ein Nachteil ist jedoch, daß das hochviskose Fluid erst im Gehäuse um die Pumpe herum geführt wird, bevor die Antriebsflüssigkeit zugemischt und damit die Viskosität verringert wird.
Alle bislang bekannten Pumpen weisen daher bedeutende Nachteile auf, welche für eine Förderung von zähem Erdöl aus tiefen Bohrlöchern, die auch in horizontaler Lage enden können, unerwünscht sind.
Darstellung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das Einleiten einer als Antriebs¬ flüssigkeit für eine Turbopumpe dienende Lösungsflüssigkeit niedriger Viskosität zu einem zu fördernden Fluid hoher Viskosität mit dem Ziel, die hohe Viskosität des Fluids zu verringern, die Pumpbarkeit des Fluids zu verbessern und die Ausbeute an gefördertem Fluid zu erhöhen. Die Lösungs¬ flüssigkeit dient dabei zuerst dem Antrieb der Pumpe durch die auf derselben Welle montierte Turbine, bevor sie teilentspannt ganz oder als Teilstrom dem Fluid vor Eintritt in die Pumpe zugeführt wird.
Ausgehend von der in der EP-B-0 246 943 beschriebenen Turbopumpe der oben geschilderten Bauart wird eine Verbesserung der Fördereigenschaften dadurch erlangt, daß in der Kammer
Einspritzkanäle sind, durch welche die Lösungsflüssigkeit zur Erzeugung eines Dralls sowohl mit einer radialen als auch mit einer tangentialen Komponente eingeleitet wird.
Durch gerichtetes Einleiten der Lösungsflüssigkeit wird ein Drall erzeugt und eine durch Verwirbelung verursachte Vermischung hervorgerufen. Damit wird im Einlaufteil der Pumpe die Viskosität des Fluids wirksam verringert und die Förderleistung gesteigert. Bei gleicher Antriebsleistung wird eine höhere Fördermenge erzielt oder dieselbe Fördermenge kann bei kleinerer Antriebseinheit erreicht werden. Neben Einsparungen an der Turbopumpe an sich kann auf diese Weise mit dem Verfahren eine Verringerung des Bohrlochdurchmessers einhergehen. Dies ist um so beachtlicher, je tiefer das Bohrloch ist, da das Verhältnis von Bohrlochkosten zu
Maschinenkosten mit der Tiefe des Bohrloches stark anwächst.
Die Weiterbildung nach Anspruch 2 erhöht die Verwirbelung des Kammerinhalts durch eine Gegenströmung und fördert die Vermischung.
Mit der Weiterbildung nach Anspruch 3 wird das Gemisch durch die Einleitung zusätzlich beschleunigt und die Antriebsleistung kann verringert werden. Dabei wird eine geringere Vermischung als nach der in Anspruch 2 beschriebenen Lehre in Kauf genommen.
Die Ausführung nach Anspruch 4 lehrt die Einleitung der teilentspannten Flüssigkeit von den Kammerwänden her.
Die Weiterbildung nach Anspruch 5 lehrt die Einleitung der Lösungsflüssigkeit von der Mitte der Kammer gegen den Förderstrom. Dies hat den Vorteil, daß das Lagergehäuse für die Pumpen- und Turbinenwelle als Einleitungsstelle genutzt werden kann. Die Welle wird in der Regel in einem flüssigkeits- geschmierten Radialgleitlager gelagert. Daher ist die Zuführung von Flüssigkeit durch das Lagergehäuse an das Lager schon vorhanden und kann zur Einspritzung in die Kammer herangezogen werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 6 lehrt eine Einleitung des Gemisches direkt in die das Lagergehäuse der Pumpen- und Turbinenwelle durchbrechenden Durchlaßöffnungen. Da an diesen Stellen eine Querschnittsverringerung vorliegt, kann eine höhere Durchmischung erreicht werden. Ebenso kann bei mehreren Lagern eine zusätzliche Einleitung bei weiteren Lagern erfolgen. Die Lager unterteilen die mehrstufige Pumpe in verschiedene Abschnitte, die je nach der Menge der Einleitung der Lösungsflüssigkeit auszulegen sind. Zu erwähnen ist ebenfalls die Zumischung von Flüssigkeit bei der Verwendung flussigkeitsgeschmierter Gleitlager. Der Leckagestrom kann hier einen nicht zu vernachlässigenden Anteil an der Fördermenge einer Turbopumpe annehmen.
Die Weiterbildung nach Anspruch 7 sieht die Einleitung der
Lösungsflüssigkeit über eine Querbohrung in der Welle vor. Da sich die Welle dreht, findet eine dynamische Einleitung statt. Den Richtungskomponenten der Geschwindigkeit des austretenden Strahls wird so die Winkelgeschwindigkeit der Welle an der Stelle des Austritts überlagert. Die Lösungsflüssigkeit strömt über die teilweise hohlgebohrte Welle von der Stirnseite der Welle her zu der Bohrung.
Bei einer Weiterbildung nach Anspruch 8 kann der ersten Vermischung durch gerichtete Einleitung eine zweite, mechanische Vermischung mit einem statischen oder mit einem auf der Welle montierten dynamischen Mischer folgen, bevor das Gemisch endlich in die Pumpe eintritt. Der mechanische Mischer stellt aufgrund seiner Ausführung ein Strömungshindernis in Hauptströmrichtung dar. Bei der Umströmung der Hindernisse wird die Strömung verwirbelt und es findet eine weitere Vermischung statt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Diese und andere Eigenschaften, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden, zumindest teilweise, ausführlich dargestellt und aus der Beschreibung und in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung offensichtlich. Es zeigen die
Fig. 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche Turbopumpe, die
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung zur Einspritzung der Lösungsflüssigkeit in die Mischkammer, die
Fig. 3 die Anordnung der Einspritzdüsen zur Erzeugung eines Dralls, die
Fig. 4 den mechanischen Mischer als Modul der Turbopumpe.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fluid hoher Viskosität tritt über einen Zulauf (2) aus einer
Quelle (1) aus. In den Zulauf (2) mündet eine Leitung (3) ein, welche von dem Ausgang (4) der Turbine (5) einer Turbopumpe stammt. Diese Maschine umfaßt im wesentlichen die Turbine (5) , welche einen Ausgang (4) und einen Eingang (6) aufweist, sowie eine Pumpe (7) , mit einem Eingang (8) und einem Ausgang (9) , die auf der gleichen Welle (10) wie die Turbine (5) befestigt ist. Eine nähere Beschreibung dieser Turbopumpe ist in der Patentschrift EP-B-0 246 943 zu finden.
Die Turbine (5) wird von einer Flüssigkeit niedriger Viskosität angetrieben, welche mit dem zu fördernden Fluid mischbar ist. Die Antriebsflüssigkeit wird dem Eingang (6) der Turbine (5) über die Leitung (14) zugeführt. Der aus dem Ausgang (4) der Turbine (5) austretende Teilstrom, der nicht zum Eingang (8) der Pumpe (7) fließt, wird über die Leitung (17) zurückgeführt. Der andere Teilstrom, der im weiteren als Lösungsflüssigkeit bezeichnet wird, wird über die Leitung (3) vor den Eingang (8) der Pumpe (7) geführt und, dargestellt in Fig. 2 und 3, über Düsen (20) und Einspritzkanäle (21) gerichtet in den Zulauf (2) eingespritzt. Das Gemisch aus hochviskosem Fluid und weniger viskoser Lösungsflüssigkeit tritt über eine Zuführung (11) in den Eingang (8) der Pumpe (7) ein. In der Zuführung (11) kann ein mechanischer Mischer das Gemisch zusätzlich vor Eintritt in die Pumpe (7) vermischen. Über eine mit dem Ausgang (9) verbundene Leitung (12) fördert die Pumpe (7) das Gemisch aus dem Bohrloch.
Die Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Einspritz- kanäle (21) im Bereich des Zulaufs (2) . Die Einspritzrichtung weist eine der Förderrichtung entgegengesetzte Komponente auf. Ein umlaufender Ringkanal (22) , der über die elastische Dichtungen (23, 24) abgedichtet ist, ermöglicht das Anbringen mehrerer, über dem Umfang verteilter Düsen (20) . Die Düsen (20) sind aus einem gebohrten Kanal (21) geringen Querschnitts gebildet und durch den umlaufenden Ringkanal (22) in den die teilentspannte Lösungsflüssigkeit einströmt, gespeist.
Deutlich läßt sich der modulare Aufbau der Turbopumpe erkennen. In das Gehäuse (25) , welches am unteren Ende mit der Bohrung (3) versehen ist, wird der Zulauf (2) eingebracht, an welchen sich das Lagergehäuse (15) mit dem Lager (13) für die Pumpen- und Turbinenwelle (16) anschließt. In dem Lagergehäuse (15) sind Nuten (22) oder (26) eingearbeitet und gegen das Gehäuse (25) abgedichtet. Vor dem Lagergehäuse (15) bildet sich eine
Kammer (11) , an der Stelle der Lagerung der Welle (16) befinden sich Stege (27) und Durchlaßöffnungen (28) , dahinter befindet sich eine weitere Kammer (29) , in welcher ein mechanischer Mischer untergebracht werden könnte, oder an welche sich direkt der Eingang (8) der Pumpe (7) anschließt.
In Fig. 3 wird die Lage der Düsen dargestellt. An dieser Darstellung läßt sich zudem noch eine Richtungskomponente der Einspritzung in tangentialer Richtung ablesen. Durch diese Anordnung wird eine Rotationsströmung erzeugt, welche unter Berücksichtigung der Axialkomponente einen dreidimensionalen schraubenförmigen Verlauf hat.
Die Fig. 4 verdeutlicht den modularen Aufbau der Turbopumpe und deutet einen nach der Stelle der Einleitung der Antriebsflüssigkeit angeordneten und dem Eingang (8) der Pumpe (7) vorgeschalteten Mischer (30) an. Die durch den Mischer hervorgerufenen Scherspannungen erhöhen die Durchmischung des Gemisches.
Die Einleitung der Antriebsflüssigkeit erfolgt über eine Bohrung (33) in der Welle (10) . Die Welle (10) ist mit einem Sackloch (34) versehen und wird über den Hohlraum (36) mit Lösungsflüssigkeit beaufschlagt. Das Einströmen der
Antriebsflüssigkeit in den Hohlraum (36) kann zwischen dem durch eine Bohrung (35) im Lagergehäuse (15) versorgten Lager (13) und der Welle (10) oder durch zusätzliche Bohrungen geschehen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung soll die Erschließung von Erdöllagerstätten mit zähem Erdöl wirtschaftlicher als die bislang verwendeten Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen.

Claims

Patentansprüche
1. Turbopumpe zum Pumpen eines Fluids hoher Viskosität, insbesondere schwerer Kohlenwasserstoffe oder Erdöle, die eine Pumpe (7) umfaßt mit einem Eingang (8) und einem Ausgang (9) sowie eine Turbine (5) , die einen Eingang (6) und einen Ausgang (4) , weiche von denen der Pumpe verschieden sind, aufweist und die auf der gleichen Welle (10) befestigt ist wie die Pumpe, bei welcher eine Antriebsflüssigkeit mit einer geringeren Viskosität als die des Fluids, die mit diesem mischbar ist, unter Druck dem Eingang (6) der Turbine (5) zugeführt wird, wobei ein Teil der aus der Turbine (5) kommenden teilentspannten Antriebsflüssigkeit als Lösungsflüssigkeit in einer Kammer (11) dem Fluid vor Eintritt in die Pumpe zugemischt wird und somit die Viskosität des Gemisches verringert wird, und wobei das Gemisch aus Lösungsflüssigkeit und Fluid vom Eingang (8) der Pumpe (7) angesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (11) Einspritzkanäle (21) sind, durch welche die Lösungsflüssigkeit zur Erzeugung eines Dralls sowohl mit einer radialen als auch mit einer tangentialen Komponente eingeleitet wird.
2. Turbopumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Einspritzkanäle (21) eine Komponente gegen die Förderrichtung enthält.
Turbopumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Einspritzkanäle (21) eine Komponente mit der Förderrichtung enthält.
4. Turbopumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Eingang der Pumpe vorgeschaltete Kammer (11) Düsen (20) in der Kammerwand (25) aufweist, durch welche die Lösungsflüssigkeit als gerichteter Strahl eingespritzt wird.
5. Turbopumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzkanäle (21) in der Nähe der Mittelachse angeordnet sind und daß sie eine Richtungskomponente gegen die Förderrichtung aufweisen.
6. Turbopumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Durchlaßöffnungen (28) eines Lagergehäuses (15) Einspritzkanäle (21) vorgesehen sind, über welche die Einleitung der Lösungsflüssigkeit in das Fluid stattfindet.
7. Turbopumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) teilweise hohlgebohrt ist und eine Bohrung (33) aufweist, durch die die Einleitung der Lösungsflüssigkeit in das Fluid stattfindet.
8. Turbopumpe nach einem oder mehreren der Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einlauf in die Pumpe (7) ein mechanischer Mischer (30) vorgeschaltet ist, den das Gemisch vor Einlauf in die Pumpe (7) durchströmt.
PCT/EP1993/003178 1992-12-19 1993-11-12 Turbopumpe zur förderung hochviskoser stoffe WO1994015065A1 (de)

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DEP4243132.8 1992-12-19
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