Einfache Bohrschlammpumpe

Technische Eigenschaften von Bohrspülungen

Viskosität: 100 Centipoise
; Spezifisches Gewicht: 1,7–2,3

Bei der Explorationsbohrung von Öl- und Gasquellen ist das Einpumpen von Bohrschlamm oder Bentonit aus mehreren Gründen entscheidend. Der Bohrschlamm kühlt den Bohrmeißel und befördert das Bohrklein an die Oberfläche, wodurch ein geschlossenes System entsteht. Zudem erzeugt er hydrostatischen Druck, der verhindert, dass Flüssigkeiten wie Öl und Gas an die Oberfläche aufsteigen. Da Bohrschlamm ein Verdickungsmittel ist, erstarrt er ohne Bewegung und bildet so eine wirksame Barriere zwischen Flüssigkeit und Gas.

Die Konsistenz der Bohrflüssigkeit und deren Applikationsmethode beeinflussen die Leistung der Bohrpumpe. Kreiselpumpen können eingesetzt werden , bei hochviskosen Spülflüssigkeiten sind jedoch Exzenterschneckenpumpen vorzuziehen. Auch der Verschleiß spielt eine wichtige Rolle: Verdrängerpumpen arbeiten mit niedrigeren Drehzahlen und weisen einen geringeren Verschleiß auf, haben aber auch eine geringere Produktivität.

Bohrflüssigkeiten können auf Wasser-, Öl- oder Synthetikbasis hergestellt werden. Wasserbasierte Bohrflüssigkeiten sind umweltfreundlich und werden aufgrund ihrer Oberflächennähe typischerweise in flachen Bohrungen eingesetzt. Ölbasierte Bohrflüssigkeiten kommen in harten Gesteinsformationen zum Einsatz und enthalten wenig toxische Öle, während synthetische Bohrflüssigkeiten nicht auf Erdölbasis hergestellt werden und kunststoffähnliche Eigenschaften aufweisen.

In der Bohrindustrie, sei es bei der Tiefsee-Öl- und Gasexploration, der Geotechnik oder dem Wasserbau, ist die Überwachung und das Management von Bohrflüssigkeiten (Bohrschlamm) von entscheidender Bedeutung. Bohrflüssigkeit ist ein komplexes Gemisch aus Wasser, Ton, Chemikalien und Additiven und erfordert daher Pumpen, die hoher Viskosität, abrasiven Partikeln und rauen Betriebsbedingungen standhalten. Exzenterschneckenpumpen (EPK) zählen zu den zuverlässigsten und effizientesten Pumpen dieser Art.

Der Artikel bietet eine detaillierte Analyse der Funktionen, des Aufbaus, der Vorteile und der Wartung einzelner Pumpen in Bohrspülungszirkulationssystemen .

Inhaltsverzeichnis

Einleitung: Warum sind Bohrflüssigkeiten und ihr Transport so wichtig?
Was ist eine einfache Pumpe? Eine kurze Beschreibung ihres einzigartigen Mechanismus.
Warum ist eine Einzelpumpe die ideale Wahl für Bohrspülungen? (Wichtigste Vorteile)
Die Hauptkomponenten einer Pumpe
Anwendung von Einzelpumpen in der Bohrindustrie
Wie Sie die richtige Einzelpumpe für Ihr Bohrprojekt auswählen
Installations-, Betriebs- und Wartungsanleitung
Fehlerbehebung und Lösung häufiger Probleme
Das Ergebnis: Kluge Entscheidungen führen zu höherer Produktivität.

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1. Einleitung: Warum sind Bohrflüssigkeiten und ihr Transport so wichtig?

Bohrflüssigkeit ist mehr als nur eine Flüssigkeit; sie ist das Lebenselixier des Bohrsystems. Zu ihren Hauptfunktionen gehören:

Kühlung und Schmierung des Bohrers: Verhindert Überhitzung und Korrosion des Bohrers.
Bohrkleintransport: der Transport von Gesteins- und Bodenpartikeln vom Grund des Bohrlochs zur Oberfläche.
Brunnendruckregulierung: Erzeugung einer konstanten Wassersäule zur Verhinderung von Grundwasserleckagen.
Brunnenstabilisierung: Verhinderung des Einsturzes von Brunnen.

Um diese Aufgaben zu erfüllen, muss die Bohrflüssigkeit mit konstantem Durchfluss und Druck kontinuierlich durch das System zirkulieren . Hier kommen Schlammpumpen zum Einsatz . Unter den verschiedenen Pumpentypen nehmen Einwegpumpen aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften eine Sonderstellung ein.

2. Was ist eine einfache Pumpe? Eine kurze Beschreibung ihres einzigartigen Mechanismus.

Eine Einkammerpumpe, auch Schraubenpumpe , Exzenterschneckenpumpe (PC-Pumpe) oder einfach Schraubenpumpe genannt , ist eine Verdrängerpumpe. Im Gegensatz zu Kreiselpumpen ist ihr Funktionsprinzip sehr einfach, aber dennoch innovativ.

Die Pumpe besteht aus zwei Hauptkomponenten:

Rotor: ein Metallzylinder mit kreisförmigem Querschnitt und spiralförmiger Gestalt (ähnlich einem großen Nagel).
Fester Teil: ein Gummielement (Elastomer), das in einem Metallgehäuse angeordnet ist, in dessen Innenfläche eine Schraubenvertiefung in einem bestimmten Winkel angebracht ist.

Das Funktionsprinzip ist wie folgt: Der Rotor befindet sich im Inneren des Stators. Durch die Rotation des Rotors entstehen aufgrund der unterschiedlichen Exzentrizität der Rotor- und Statorachsen geschlossene, voneinander unabhängige Hohlräume. Diese Hohlräume bewegen sich während der Rotorrotation kontinuierlich von der Saug- zur Druckseite und verdrängen dabei das Fluid. Dieser Mechanismus erzeugt eine gleichmäßige, konstante und pulsierende Strömung.

3. Warum ist eine Einzelpumpe die ideale Wahl für Bohrspülungen? (Hauptvorteile)

Durch ihre einzigartige Konstruktion eignet sich die Pumpe hervorragend zum Pumpen von Bohrflüssigkeit.

Diese Einkammerpumpe eignet sich zum Pumpen hochviskoser Flüssigkeiten mit abrasiven Partikeln: Bohrschlamm ist typischerweise viskos und enthält große Mengen an Feststoffen und abrasiven Partikeln. Der Exzenterkammermechanismus der Pumpe ermöglicht das einfache Pumpen solcher Flüssigkeiten ohne nennenswerte Schäden an der Anlage. Der Statorgummi gewährleistet zudem eine hohe Verschleißfestigkeit.
Gleichmäßiger, pulsierender Förderstrom: Im Gegensatz zu Kolbenpumpen, die einen pulsierenden Förderstrom erzeugen, kann eine einzelne Pumpe einen gleichmäßigen, konstanten Förderstrom liefern. Dies ist entscheidend für sensible Anwendungen, wie beispielsweise die präzise Dosierung von Bohrflüssigkeitszusätzen.
Hervorragende Selbstansaugfähigkeit: Eine einzelne Pumpe kann ein hohes Anfangsvakuum erzeugen, indem sie das Saugrohr mit Flüssigkeit füllt und diese aus relativ großer Tiefe abpumpt. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft, wenn sich der Schlammbehälter in geringer Höhe befindet.
Hohe Effizienz bei geringem Durchfluss und hohem Druck: Kreiselpumpen sind typischerweise bei geringem Durchfluss ineffizient, aber eine einzelne Pumpe kann einen hohen Arbeitsdruck erzeugen und gleichzeitig die Effizienz auch bei sehr geringem Durchfluss aufrechterhalten.
Einfache Konstruktion und Wartung: Dank weniger beweglicher Teile und einfacher Bauweise sind diese Pumpen wartungsfreundlicher als andere Verdrängerpumpen. Auch der Austausch von Stator und Rotor ist schnell und vergleichsweise kostengünstig.
Bidirektionale Funktion: Durch die Änderung der Rotordrehrichtung kehrt sich auch die Strömungsrichtung des Fluids um. Diese Funktion ermöglicht das Spülen oder Entleeren der Rohrleitung in umgekehrter Richtung.

4. Die Hauptkomponenten einer Pumpe

Um Wartung und Fehlerbehebung besser zu verstehen, ist es wichtig, die wichtigsten Komponenten zu kennen:

Rotor: Dies ist das zentrale bewegliche Bauteil der Pumpe, typischerweise aus Kohlenstoffstahl oder Edelstahl gefertigt und mit einer harten Schicht wie Chrom überzogen, um die Beständigkeit gegen Korrosion und Verschleiß zu verbessern.
Stationärer Teil: Dies ist die zentrale, stationäre Komponente der Pumpe und besteht aus einem Metallgehäuse und einer Elastomerschicht. Die Wahl des Elastomermaterials (z. B. Nitrilkautschuk, NBR oder hochfestes Elastomer) hängt von der Art des zu fördernden Mediums ab (Bohrschlamm, Säuren oder Chemikalien).
Gehäuse: Der Körper, der den festen Teil enthält.
Getriebewelle: überträgt die Kraft vom Motor auf den Rotor.
Kreuzgelenk: Dieses Bauteil ermöglicht die Kraftübertragung, wenn sich der Rotor nicht zentriert dreht.
Mechanische Dichtungen oder Stopfbuchsen: Verhindern das Austreten von Flüssigkeit an der Stelle, an der das Kreuzgelenk in das Gehäuse eintritt.

5. Anwendung von Einzelpumpen in der Bohrindustrie

Einzelpumpen werden in verschiedenen Einheiten von Bohranlagen oder -geräten häufig eingesetzt:

Pumpen der Bohrflüssigkeit aus dem Vorratstank in das System: Pumpen der Bohrflüssigkeit aus dem Bohrflüssigkeitsvorratstank zur Haupt-Hochdruckpumpe (Schlammpumpe).
Präzise Einspritzung von Chemikalien und Additiven: Dank der konstanten und kontrollierten Durchflussrate eignet es sich ideal für die präzise Zugabe von Materialien wie Polymeren, Verdickungsmitteln (Baryt) und wasserreduzierenden Additiven in die Suspension.
Pumpen von Flüssigkeiten, die Bohrklein enthalten: Abtransport von grobkörnigem Bohrklein aus Trennvorrichtungen (Vibrationssiebe und Zentrifugen).
Abfalltransport- und Entsorgungssystem: Überführt den verbleibenden Schlamm in geeignete Lagertanks.

6. Wie man die richtige Einzelpumpe für Bohrprojekte auswählt

Die Auswahl der richtigen Wasserpumpe ist entscheidend für ihre Langlebigkeit und optimale Leistung. Wichtige Auswahlkriterien:

Durchflussrate: in Gallonen pro Minute (GPM) oder Kubikmeter pro Stunde (m³/h).
Druck: Die Maßeinheit ist Bar oder Pfund pro Quadratzoll (PSI). Dies ist der Druck, der erforderlich ist, um die Reibung in der Rohrleitung und Höhenunterschiede zu überwinden.
Viskosität der Flüssigkeit: Bohrflüssigkeit ist typischerweise eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit mit hoher Viskosität.
Erosion: Die Größe, Konzentration und Härte der Feststoffpartikel im Ton.
Chemische Eigenschaften der Flüssigkeit: Der pH-Wert und das Vorhandensein bestimmter Chemikalien beeinflussen direkt die Auswahl der Elastomermaterialien für den stationären Teil.
Betriebstemperatur: Die Flüssigkeitstemperatur beeinflusst die Eigenschaften und die Viskosität von Elastomeren.

7. Installations-, Debugging- und Wartungsanweisungen

Die Einhaltung ordnungsgemäßer Wartungsrichtlinien verlängert die Lebensdauer Ihrer Wasserpumpen erheblich.

Behoben:

Die Wasserpumpe muss auf einer stabilen und ebenen Konstruktion montiert werden.
Stellen Sie sicher, dass Pumpe und Antriebsmotor (Elektromotor oder Dieselmotor) richtig ausgerichtet sind.
Stellen Sie sicher, dass die Zu- und Ablaufrohre korrekt angeschlossen sind und den richtigen Durchmesser haben. Das Zulaufrohr sollte so kurz und gerade wie möglich sein.

Einstellungen:

Die Pumpe darf niemals trocken laufen. Stellen Sie sicher, dass Pumpe und Saugschlauch vor dem Einschalten mit Flüssigkeit gefüllt sind.
Drehen Sie die Wasserpumpe in die richtige Richtung.
Die Pumpe langsam und schrittweise aufladen.

Vorbeugende Wartung:

Schmierung: Lager und Antriebswellen gemäß den Anweisungen des Herstellers schmieren.
Prüfen Sie die Gleitringdichtung: Stellen Sie sicher, dass keine ungewöhnlichen Leckagen auftreten.
Prüfen Sie die Drehrichtung von Stator und Rotor: Der Stator sollte flexibel bleiben und keine Risse oder Dehnungen aufweisen. Der Rotor sollte ebenfalls frei von Kratzern und Anzeichen übermäßigen Verschleißes sein.
Nach Gebrauch die Pumpe spülen: Nach Beendigung der Arbeiten die Pumpe gründlich mit einer geeigneten Flüssigkeit (z. B. Wasser) spülen, um ein Aushärten der Bohrflüssigkeit im Inneren der Pumpe zu verhindern.

8. Häufige Probleme lösen

Reduzierung von Durchfluss oder Druck:
- Ursache: Korrosion am Stator oder Rotor, die zu einer Verringerung des Statordurchmessers und zu einem Flüssigkeitsüberlauf führt.
- Lösung: Stator/Rotor austauschen.
Die Wasserpumpe kann keine Flüssigkeit fördern (Saugkraftverlust):
- Ursachen: Leckagen im Saugrohr, Trockenlauf der Pumpe, zu hohe Saughöhe.
- Lösung: Überprüfen Sie den Anschluss des Ölsaugrohrs und füllen Sie Flüssigkeit in die Pumpe nach.
Die Wasserpumpe wird sehr heiß werden:
- Gründe: Der Betriebsdruck überschreitet die zulässigen Grenzwerte, die Pumpe läuft trocken, die Viskosität der Flüssigkeit ist zu hoch oder die Schmierung ist unzureichend.
- Lösung: Betriebsdruck prüfen, Vorhandensein von Flüssigkeiten sicherstellen , Viskosität und Schmierung prüfen.
Ungewöhnliche Geräusche:
- Gründe: Verschleiß von Teilen, Verschleiß der Lager, Pumpenbetrieb im Kavitationsmodus (unzureichende Flüssigkeitszufuhr zum Saugrohr).
- Lösung: Verschleißteile prüfen und gegebenenfalls austauschen, um eine ordnungsgemäße Saugleistung zu gewährleisten.

9. Fazit: Kluge Entscheidungen führen zu höherer Produktivität.

Dank ihrer einzigartigen Kombination aus Einfachheit, hoher Effizienz und Langlebigkeit sind einstufige Schlammpumpen in der Bohrindustrie unverzichtbar geworden. Sie fördern auch schwer zu handhabende Flüssigkeiten wie Bohrschlamm, gewährleisten einen stabilen Förderstrom und sind relativ wartungsarm, was sie zu einer wirtschaftlichen und zuverlässigen Wahl macht.

Die Investition in ein hochwertiges Einpumpensystem und die sorgfältige Planung seiner Installation, seines Betriebs und seiner vorbeugenden Wartung vermeiden nicht nur kostspielige Bohrarbeiten, sondern verbessern auch die Produktivität, Sicherheit und Lebensdauer des gesamten Spülungskreislaufsystems. Unter anspruchsvollen und gefährlichen Bohrbedingungen ist ein Einpumpensystem ein zuverlässiges Werkzeug für Ingenieure und Bediener.