On Energy Optimization of Sucker Rod Pumping System

Titel in Übersetzung: Energie Optimierung von Sucker Rod Pumpen

Izabella Carneiro Bastos

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Tiefpumpen oder “Sucker Rod Pumps” stellen eine der beliebtesten Fördermethoden für Öl und Gas dar und traditionell sind circa 90% aller Bohrlöcher mit solchen Pumpen ausgestattet. Diese Systeme sind seit Jahrzehnten im Einsatz und dennoch besteht Bedarf diese kontinuierlich zu verbessern. Ein andauender Trend zum Energiesparen bzw. der effizientere Einsatz der Energie wurde einer der wichtigsten Faktoren diese Art von Pumpen dementsprechend kostengünstig zu betreiben. Diese vorliegende Arbeit stellt eine technische Untersuchung zum effizienten Betrieb solcher Tiefenpumpen dar. Das daraus folgende optimierte System basiert auf mehreren Faktoren wie dem zyklischen Lastwechsel und der Bereitstellung des benötigten Drehmoments, gleichbleibender Produktionsraten, der Möglichkeit der freien Wahl der Fördermenge sowie der Menge an verbrauchter Energie. Durch die Entwicklung mathematischer Modelle, Verwendung von Sensoren, Regler, Messdatenerfassungssystemen und zwei Arten von Frequenzumrichter wurden die Daten erfasst, analysiert und eine Studie über die Effizienz des gesamten Systems erstellt. Eine dieser Methoden basierend auf dem Betrieb im „elastic frequency mode – variable Frequenz“ unter Verwendung eines Umrichters. Durch diese Methode konnte im Vergleich zu einem Betrieb im „fixed frequency mode – konstante Frequenz“ eine verbesserte Energieverteilung sowie eine Reduzierung der Leistungsspitzen um 16 % erzielt werden(bei konstanter Produktion). Weiter stellt diese Arbeit eine Grundlage für ein balanciertes System und dessen Verhalten im Betrieb bei variabler Frequenz und bei konstanter Frequenz dar. Zwei unterschiedliche Asynchronmotoren (Standard und NEMA D) wurden analysiert und deren Verluste berechnet. Durch die Verwendung einer variablen Frequenz konnten die Verluste signifikant reduziert werden unter Beibehaltung der geforderten Produktionsgeschwindigkeit. Die Verluste für einen Standardasynchronmotor konnten um 26.38 % und für einen NEMA D Motor um 23.94 % verringert werden. Durch den Austausch des NEMA D Motors durch einen Standard Asynchronmotor und unter der Verwendung des Betriebes unter variabler Frequenz konnte in Summe eine Reduzierung der Verluste, und somit auch der Kosten, von 45 % erreicht werden.
Titel in ÜbersetzungEnergie Optimierung von Sucker Rod Pumpen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Hofstätter, Herbert, Betreuer (intern)
  • Weiß, Helmut, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2014

Bibliographische Notiz

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