Lebensdauervorhersage Pumpstangen
Pumpstangen sind zentrale Komponenten von Pumpjack-Anlagen in der Rohölförderung. Sie bewegen sich in einem Auf- und Abwärtszyklus, um das Öl mittels Kolbenmechanismus aus dem Bohrloch zu fördern.
Im Betrieb der Pumpstange kommt es zu korrosionsbedingten Schäden, wodurch sich die Lebens- dauer von Pumpstangen, je nach Kerbgeometrie, teilweise deutlich reduziert.
Im Rahmen des Projekts wurde der Einfluss korrosionsbedingter Kerben auf die Lebensdauer von Pumpstangen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) untersucht, um die lokalen Spannungskonzentrationen bei verschiedenen Kerbradien und -formen zu berechnen. Dadurch konnten kritische Kerbformen identifiziert und entsprechende Maßnahmen zur Erhöhung der Lebensdauer getroffen werden.
Die Bestimmung der Kerbfaktoren erfolgte unter der Annahme eines einachsigen Spannungszustands. Im Betrieb der Pumpstange kann es jedoch, zusätzlich zu der, infolge der Aufwärts- und Abwärtsbewegung, oszillierenden Zugbelastung und des Eigengewichtes, das bei Bohrlöchern mit 2000 – 3000 m Tiefe signifikant ist, zu einer Überlagerung mit Biegespannungen, bedingt durch die Bohrlochgeometrie (Bohren mit Umlenkradien) kommen. Weiters verursachen die Führungen (Rod Guides) der Pumpstange, sowie die Geometrie der Schraubverbindung zwischen zwei Pumpstangen (Couplings) lokale Spannungserhöhungen. Diese beiden Einflussfaktoren wurden in ein 3D FE-Modell eines 50 m langen Bohrabschnittes integriert, und die Auswirkungen auf die Lebensdauer untersucht.
Das Bild auf der linken Seite zeigt das Gesamtmodell im Bereich einer Pumpstangenumlenkung (schwarze Linie), sowie ein Detail mit den dazugehörigen Rod guides und couplings.
Ansprechperson
