Tiefpumpe

Tiefpumpen werden als Fördereinrichtungen zur Gewinnung von unterirdisch lagernden Flüssigkeiten eingesetzt, wenn der Lagerstättendruck nicht ausreicht, um selbstständig bzw. in ausreichender Menge an die Oberfläche zu gelangen. Zumeist wird mit ihnen Erdöl gefördert. Weitere Einsatzgebiete sind die Förderung von Sole und Heilwässern.

Bauarten

Der Pumpentyp "Mark II" des texanischen Herstellers Lufkin eignet sich durch ihre spezielle Bewegungsgeometrie (langsame Aufwärts- und schnelle Abwärtsbewegung) besonders für hohe Förderraten aus großen Tiefen.

Prinzip einer Gestängetiefpumpe zur Erdölförderung
1. Antriebsmotor mit Getriebe
2. Gegengewicht
3. Pleuelstange
4. Balancier
5. Pferdekopf
6. Kolbenstange
7. Dichtung als Bestandteil des Eruptionskreuzes
8. Rohrleitung
9. Betonhinterfüllung des Bohrloches
10. Äußere Bohrlochverrohrung
11. Pumpengestänge
12. Innere Bohrlochverrohrung
13. Tiefpumpe
14. Pumpenventile
15. Ölführende Gesteinsschicht

Man unterscheidet mehrere Bauarten von Tiefpumpen:

Das Bild der meisten Ölfelder wird von Gestängetiefpumpen - wegen ihres Aussehens und ihrer Bewegung auch Pferdekopfpumpen oder Nickesel genannt - geprägt. Dabei befindet sich der eigentliche Pumpenmechanismus - ein Kolben mit Rückschlagventilen - in einem eigenen Rohrstrang im Bohrloch nahe der Öl führenden Schicht. Der Kolben wird mittels einer verschraubbaren Stange von einem an der Erdoberfläche befindlichen Pumpenbock in eine kontinuierliche Auf- und Abbewegung versetzt. Der Pferdekopf bildet dabei einen Kreisbogen, an dem ein Stahlseil(paar) oben angeklemmt ist, das so stets zentralen Zug und nie Druck auf die Stange ausübt.

Der Antrieb erfolgt zumeist elektrisch. Beim Vorhandensein von ausreichend im Erdöl gelöstem Ölgas kann jedoch ein Teil dieses Gases an Ort und Stelle vom Fördergut abgetrennt und einem Gasmotor, der die Pumpe antreibt, zugeführt werden.

In der Anfangszeit der Erdölförderung waren allerdings Zentralantriebe üblich. Bei der am häufigsten verwendeten Art trieb ein Verbrennungsmotor einen waagrechten Mechanismus aus exzentrischen Scheiben an, in die Gestänge angehängt waren. Das Gestänge wurde dadurch in eine Hin- und Herbewegung versetzt, die oft über mehrere hunderte Meter auf einen Pumpenmechanismus übertragen und dort in eine Auf- und Abbewegung umgesetzt wurden. Mit einem Motor wurden so oft mehr als 10 Tiefpumpen angetrieben. Auf einigen Ölfeldern in den USA sind derartige Zentralantriebe bis heute in Verwendung.

Je nach Pumpenbauart und -größe beträgt der Arbeitshub 1 bis 5 m. Pro Minute sind 2,5 bis 12 Hübe üblich. Die Gestängetiefpumpe kann bis Fördertiefen von etwa 2500 m wirtschaftlich eingesetzt werden. Für größere Tiefen sind auf Grund des großen Gewichts der zu hebenden Flüssigkeitssäule andere Pumpensysteme besser geeignet.

Speziell für Bohrungen mit gekrümmtem Verlauf, bei dem sich ein stetig bewegendes Gestänge schnell abnützen würde, bietet sich ein hydraulischer Antrieb an. Der eigentliche Pumpenmechanismus - wie bei der Gestängetiefpumpe ein Kolben mit Rückschlagventilen - wird mittels eines direkt über dem Kolben sitzenden Hydraulikzylinders betätigt, der über eine eigene Rohrleitung mit einer an der Erdoberfläche befindlichen Hydraulikpumpe verbunden ist. Das gewonnene Erdöl dient dabei als Betriebsmittel des gesamten Pumpensystems.

Alternativen

Statt einer Kolbenpumpe kann aber auch eine Exzenterschneckenpumpe (Fachbegriff PCP - Progressive Cavity Pump) im Bohrloch angebracht werden, die über eine verschraubbare Stange mit einem Triebkopf an der Erdoberfläche in Rotation versetzt wird. Bei tiefen Bohrungen oder solchen mit gekrümmtem Verlauf ist ein direkt an der Exzenterschneckenpumpe angebrachten Elektromotor üblich. Die Stromzuführung erfolgt durch ein im Bohrloch liegendes Kabel. Der in der Erdölindustrie gebräuchliche Begriff für elektrisch betriebene Tauchpumpen ist ESP (Electrical Submersible Pump).

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  Eine Gruppe konventioneller Gestängetiefpumpen im Ölfeld Hochleithen nordöstlich von Wien.

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  Kleine Gestängetiefpumpe, mit der bei Bad Hall/OÖ Heilwasser gewonnen wird.

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  Triebkopf für eine im Bohrloch angebrachte Exzenterschneckenpumpe.

Literatur

Friedrich P. Springer: Von Agricolas "pompen" im Bergbau, "die das wasser durch den windt gezogen", zu den Gestängetiefpumpen der Erdölförderung; Erdöl/Erdgas/Kohle Zeitschrift, Heft 19 2007.