ISBN 978-3-8439-4915-6

978-3-8439-4915-6, Reihe Thermodynamik

Andrea Luke
Abschlussbericht zum Vorhaben: Entwicklung thermo- und fluiddynamischer Grundlagen neuartiger Casing Gaskompressoren zur Druckerhöhung mehrphasiger Fluide

99 Seiten, Dissertation Universität Kassel (2021), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Für die Förderung komplexer fluider Kohlenwasserstoffgemische mit hohem Begleitgasanteil sind neue effiziente, sichere und umweltschonende Technologien notwendig. Dies betrifft insbesondere die Förderung in sensiblen Gebieten wie in der Tiefsee und in polaren Regionen. Die Auslegung solcher maritimer Mehrphasentransportsysteme bedarf der genauen Kenntnisse der vorliegenden physikalischen Mechanismen während des Energiewandlungsprozesses. Ein neuartiger Casing Gas Kompressor mit externer Prozessfluidzufuhr wird entwickelt. Ausgehend von Vorversuchen im Labormaßstab wird die Thermo- und Fluiddynamik des neuartigen Casing Gas Kompressors im Technikumsmaßstab experimentell erforscht und die Ergebnisse simulativ abgebildet. Die Prozessfluidzufuhr führt zu einer Reduktion der thermischen Belastung um bis zu 66% und verschiebt die Fördergrenze hin zu höheren Gasgehalten bzw. Differenzdrücken. Die numerisch berechneten Temperatur- und Druckprofile werden für mehrphasige Verdichtungsprozesse mit volumetrischen Gasgehalten bis 90% sehr gut wieder gegeben. Für volumetrische Gasgehalte größer 90% weicht die berechnete Temperaturerhöhung zunehmend von der aus den Experimenten ab und wird u. a. mit der adiabaten Nebenbedingung im Model begründet. Das beste Förderverhalten weist der CGC für eine druckseitige Einspritzung auf. Dieses Ergebnis wird anhand von lokal gemessenen Temperaturen und Drücken bestätigt.

Erstmals werden drei in Reihe geschaltete Mehrphasen Downhole Pumpen hydraulisch gekoppelt angetrieben. Die Experimente zeigen, dass die sonst sehr starren Förderkennlinien entsprechend des vorherrschenden Lastzustands in Abhängigkeit der jeweiligen Phasenzusammensetzung durch den gemeinsamen Antrieb angepasst werden. Im Falle einer Gas-Flüssigkeitsförderung, d.h. unterschiedliche Phasenzusammensetzung bzw. Lastzuständen vor jeder MDA, führt dies zu einer automatischen Drehzahlanpassung, die ausgehend von der höchsten Drehzahl der ersten MDA sukzessive pro MDA abnimmt.