Design Optimization of Sucker Rod Downhole Pumps Regarding Components and Material Selection

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Analyse potentieller Optimierungsmaßnahmen der produzierenden RAG Gestängetiefpumpen in Österreich. Als Einstieg wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, um die relevanten und typischen Probleme wie Verschleiß oder Korrosion während der Produktion darzustellen und zu erläutern. Außerdem zeigt eine Marktanalyse einen Überblick über die derzeit verfügbaren technischen Designmöglichkeiten sowie Materialien und Innovationen. Zu guter Letzt bietet eine Betrachtung der Pumpenperformance und des aktuellen Designs eine Basis für mögliche Optimierungen der Pumpenlaufzeit. Eine detaillierte Analyse der Sondenausfälle, wie beispielsweise Tubinglecks, Pumpenausfälle, Paraffinverstopfungen oder Gestängebrüche aus den letzten 15 Jahren zeigte bereits eine Reduktion und eine Erhöhung der Laufzeiten. Trotzdem, ist die Hälfte aller Sondenausfälle 2015 auf Pumpenausfälle zurückzuführen. Deswegen wurde jede einzelne Pumpenkomponente genau mittels einer Pumpreparaturanalyse betrachtet um jene kritischen Komponenten zu verbessern bzw. konstruktiv zu verändern. Das Ergebnis zeigte, dass die kritischsten Komponenten die Ventile, der Zylinder und der Kolben sind. Basierend auf diesen Resultaten wurden mögliche Lösungsvorschläge, eingeteilt nach ihrer Umsetzbarkeit und Anwendung im Feld dargestellt. Die kurzfristigen Lösungen beziehen sich auf die Verbesserung der relativ weichen kobaltlegierten Kugeln und Sitze der Ventile damit diese härter und widerstandsfähiger sind. Die mittelfristigen Lösungen beinhalten den Verschleiß von Zylinder und Kolben. Um deren Lebensdauer zu erhöhen kann die Zylinderinnenbeschichtung durch eine widerstandsfähigere und umweltfreundlichere Beschichtung ersetzt werden. Der Kolben kann durch Technologien wie beispielsweise der „Three-Tube Pumpe“ oder des „FARR Kolbens“ konstruktiv verbessert werden. Die langfristigen Optimierungsmöglichkeiten sind einerseits die Bewertung und Überprüfung eines komplett neuen Pumpdesigns, nämlich der Samson Pumpe, welcher abrasive Flüssigkeiten nichts ausmachen. Oder andererseits die Forschungspartnerschaft an einer neuen Wolframcarbid-Nanobeschichtung, genannt Hardide. Diese Beschichtung, speziell für Ventile würde ausgezeichnete Abrasions-, Korrosions-, und Erosionswiderstandsfähigkeit liefern. Des Weiteren sind zusätzliche Verbesserungen hinsichtlich der Pumpeneffizienz durch ein Re-design der Kolbenstangenführung möglich oder durch den Einsatz eines unteren Auslaufventils um den Widerstand beim Abwärtshub zu reduzieren.

Details

Titel in ÜbersetzungDesignoptimierung von Gestängetiefpumpen hinsichtlich ihrer Komponenten und Materialauswahl
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung18 Dez 2015
StatusVeröffentlicht - 2015