Konzeption und Betrieb mechanischer Pumpen

Die mechanische Pumpe ist die weltweit am häufigsten eingesetzte Artificial Lift-Methode. Diese Methode basiert auf einer Hubbewegung, die durch ein System von Gestängen übertragen wird. Die Energie wird von einem Elektro- oder Verbrennungsmotor geliefert, der über ein Getriebe und Riemen die notwendige Kraft erzeugt.

Die mechanische Pumpe findet breite Anwendung bei der Förderung von schwerem und extra-schwerem Rohöl, wird aber auch bei mittleren und leichten Rohölqualitäten eingesetzt. Es gibt zahlreiche Theorien, die das Förderverhalten von Brunnen mit mechanischen Pumpen erklären. Einige Betreiber bevorzugen ein offenes Gehäuse, um den Gasdruck zu regulieren, während andere das Gehäuse schließen; dies hängt stark vom Gas-Öl-Verhältnis ab.

Die benötigte Förderkapazität hängt von Faktoren wie Öl-, Gas- und Wasserproduktion, der Belüftungseffizienz, dem Schrumpffaktor und den Stoffdaten ab. Die Gestaltung einer mechanischen Pumpeninstallation berücksichtigt zudem den Lagerstättendruck und das Gas-Öl-Verhältnis.

Systemkomponenten

Das mechanische Pumpensystem besteht aus einer Oberflächenausrüstung und einer Untergrundausrüstung:

Oberflächenausrüstung

• Pumpeneinheit (Wipppumpe)
• Motorantrieb
• Bohrlochkopf

Untergrundausrüstung

• Steigrohrsysteme
• Gestänge (Sucker Rods)
• Tiefpumpe
• Gasanker

Die Pumpeneinheit

Ihre Hauptaufgabe ist die Erzeugung der Hubbewegung für das Gestänge, welches wiederum die Tiefpumpe antreibt. Durch Riemen und Getriebe wird die Drehzahl reduziert. Die resultierende Drehbewegung wird über Kurbel, Pleuel und Schwinge in eine oszillierende Bewegung umgewandelt. Die Einheit kann mechanisch (Wippe) oder hydraulisch betrieben werden.

Weitere Merkmale der Wippeneinheit

• Anpassung der Geschwindigkeit an den Antriebsmotor
• Veränderung der Hublänge
• Variation des Gegengewichts zum Ausgleich der Last

Das Gerät verfügt über eine Kupplung zum Starten und Stoppen sowie eine Bremse zur Arretierung in jeder Position.

Wesentliche Designaspekte

• Geschwindigkeitsreduktionssystem
• Gelenksystem
• Gegengewichtssystem

Technische Komponenten

Motor

Liefert die Energie für den Flüssigkeitslift. Es werden Verbrennungs- oder Elektromotoren verwendet, wobei letztere oft mit variabler Drehzahl betrieben werden.

Getriebe (Safety Gear)

Reduziert die Rotationsgeschwindigkeit zwischen Motor und Kurbelsystem. Es kann als Einzel-, Doppel- oder Dreifachgetriebe ausgeführt sein und ist eines der teuersten Bauteile.

Kurbel

Überträgt die Bewegung des Getriebes auf die Wippe. Durch die Wahl der Bohrungen für die Kurbelzapfen kann die Hublänge variiert werden.

Gewichte und Gegengewichte

Dienen zum Ausgleich der ungleichen Kräfte, die beim Heben und Senken des Gestänges auf den Motor wirken. Bei luftausgeglichenen Einheiten erfolgt dies über einen Zylinder mit Druckluft.

Stopfbuchse (Füllung)

Dichtet den Raum zwischen der polierten Stange und dem Steigrohr ab, um Ölaustritt zu verhindern.