AT523146B1

AT523146B1 - Untertagezentrifugalpumpe mit nichtkreisförmiger Welle

Info

Publication number: AT523146B1
Application number: ATA9239/2019A
Authority: AT
Inventors: Wayne WEBSTER Joshua; John Nowitzki Wesley; Andrew Lovell Steven; Thomas King Matthew
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2023-03-15
Also published as: CA3101098A1; CO2020016501A2; MX2020012370A; US20210071511A1; AT523146A5; NO20201437A1; WO2020027952A1; BR112020025633A2; DE112019002081T5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrlochzentrifugalpumpe (120, 200), diese umfasst ein Laufrad (204) und eine Welle (216, 504, 604) mit einer Längsachse (212), wobei die Welle (216, 504, 604) mit dem Motor (122) und dem Laufrad (204) verbunden ist, sodass Drehleistung, die der Welle (216, 504, 604) durch den Motor (122) zur Verfügung steht, dem Laufrad (204) zur Verfügung steht. Eine verbesserte Drehmomentübertragung zu den Laufrädern wird dadurch erreicht, dass die Welle einen nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse (212) aufweist.

Description

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine Zentrifugalpumpe, die innerhalb eines unterirdischen Bohrlochs oder an einer Oberfläche des Bohrlochs verwendet wird, und insbesondere Systeme, Vorrichtungen und Verfahren, die eine nutlose Kopplung zwischen einer angetriebenen Welle und einem Laufrad der Pumpe einsetzen.

[0002] Insbesondere betrifft die Erfindung eine Bohrlochzentrifugalpbumpe, umfassend einen Motor, ein Laufrad und eine Welle mit einer Längsachse, wobei die Welle mit dem Motor und dem Laufrad verbunden ist, sodass Drehleistung, die der Welle durch den Motor zur Verfügung steht, dem Laufrad zur Verfügung steht.

[0003] Bohrlochzentrifugalpumpen sind typischerweise motorangetrieben, sodass der Motor einer kreisförmigen Welle eine Drehkraft verleiht. Die Welle wird typischerweise mit einer Kerbe, einem Schlitz oder einer Keilnut bereitgestellt, die/der in die Oberfläche der Welle geschnitten oder geformt ist. Eine ähnliche Keilnut kann in einem Körper oder einer Nabe des Laufrads bereitgestellt sein. Eine Passfeder oder eine andere Befestigung kann in der Keilnut der Welle und der Keilnut des Laufrads platziert werden, um Leistung zwischen der Welle und dem Laufrad zu übertragen. Während dieses Kopplungsverfahren eine häufige und günstige Möglichkeit ist, Leistungsübertragung bereitzustellen, kann die Kerbe oder die Keilnut, die in der Welle bereitgestellt ist, einen Bereich mit erhöhter Belastungskonzentration bereitstellen, der zu frühzeitigem Ausfall der Welle führen kann. Andere häufige Ausfallmodi treten auf, wenn das Laufrad oder andere Komponenten wie zum Beispiel Lager oder Abstandshalter, die entlang der Welle positioniert sind, aus härteren Materialien als die Passfeder gefertigt sind, der in den Keilnuten positioniert ist. Ein Beispiel dafür beinhaltet die Verwendung von Lagern aus Wolframkarbid entlang der Welle zwischen Laufrädern. Wenn Passfedern aus weicheren Materialien hergestellt sind, wie zum Beispiel einer Nickellegierung, können die Passfedern frühzeitig abgenutzt sein, was dazu führt, dass die Welle keine Leistung mehr an die Komponente überträgt, die durch die Passfeder in Eingriff genommen wird.

[0004] Aus der US 2008/0101921 A ist eine Zentrifugalpumpe für den Einsatz in Bohrlöchern von Olfeldern und dergleichen bekannt. Wie oben beschrieben treten jedoch Probleme auf, die aus der Notwendigkeit resultieren, große Drehmomente zwischen Motor und Welle bzw. zwischen Welle und Laufrad zu übertragen.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine robuste, langlebige und wenig fehleranfällige Pumpe anzugeben, die auch extremen Belastungen standhalten kann, wie sie beispielsweise beim Einsatz in Olfeldern auftreten.

[0006] Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, eine Welle mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt vorzusehen. Damit ist es möglich, das Drehmoment vom Motor auf die Welle und von der Welle auf das Laufrad ohne den Einsatz von Passfedern oder dergleichen zu übertragen, so dass die lokale Belastung der Bauteile verringert werden kann und somit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit deutlich erhöht werden können.

[0007] Ein weiterer Aspekt liegt darin, dass es bei der vorliegenden Erfindung um eine Welle geht, die einen nichtkreisförmigen Querschnitt aufweist, und nicht nur lokal eine Sitzfläche mit einem solchen Querschnitt hat. Es ist mit der vorliegenden Erfindung insbesondere auch möglich, die Drehmomentübertragung zwischen Motor und Welle in analoger Weise zu verbessern, um die Gesamtperformance zu optimieren.

[0008] In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert.

[0009] Fig. 1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Bohrlochpumpensystems gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform;

[0010] Fig. 2 veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht einer mehrstufigen Bohrlochzentrifugalbumpe gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform;

[0011] Fig. 3 veranschaulicht eine isometrische Ansicht eines Laufrads und einer Welle der Pumpe aus Fig. 2;

[0012] Fig. 4 veranschaulicht eine Vorderansicht des Laufrads und der Welle aus Fig. 3;

[0013] Fig. 5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Welle mit einem polygonalen Profil gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform; und

[0014] Fig. 6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Welle mit einem polygonalen Profil gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.

[0015] In der folgenden detaillierten Beschreibung der mehreren veranschaulichenden Ausführungsformen wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden. Diese Ausführungsformen werden ausreichend detailliert beschrieben, damit der Fachmann den offenbarten Gegenstand in die Praxis umsetzen kann, und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass logische strukturelle, mechanische, elektrische und chemische Anderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Um Details zu vermeiden, die nicht notwendig sind, damit der Fachmann die hierin beschriebenen Ausführungsformen in die Praxis umsetzen kann, können in der Beschreibung gewisse Informationen weggelassen werden, die dem Fachmann bekannt sind. Die folgende detaillierte Beschreibung soll demnach nicht in einschränkendem Sinn aufgefasst werden und der Umfang der veranschaulichenden Ausführungsformen ist lediglich durch die beigefügten Patentansprüche definiert.

[0016] Sofern nicht anders angegeben, soll die Verwendung einer beliebigen Form der Ausdrücke „verbinden“, „in Eingriff nehmen“, „koppeln“, „anbringen“ oder eines beliebigen anderen Begriffs, der eine Wechselwirkung zwischen Elementen beschreibt, die Wechselwirkung nicht auf die direkte Wechselwirkung zwischen den Elementen beschränken und kann auch die indirekte Wechselwirkung zwischen den beschriebenen Elementen beinhalten. In der folgenden Erörterung und in den Ansprüchen werden die Begriffe „beinhaltend“ und „umfassend“ in offener Art und Weise verwendet und sollten daher so ausgelegt werden, dass sie „einschließlich unter anderem“ bedeuten. Im in dieser Schrift verwendeten Sinne erfordert „oder“ keinen gegenseitigen Ausschluss, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben.

[0017] Die Ausdrücke „hydraulisch gekoppelt“, „hydraulisch verbunden“, „in hydraulischer Kommunikation“, „fluidisch gekoppelt“, „fluidisch verbunden“ und „in Fluidkommunikation“ wie hierin verwendet beziehen sich auf eine Form der Kopplung, Verbindung oder Kommunikation in Bezug auf Fluide und die entsprechenden Flüsse oder Drücke, die mit diesen Fluiden verbunden sind. In einigen Ausführungsformen beschreibt eine hydraulische Kopplung, Verbindung oder Kommunikation zwischen zwei Komponenten, die derart verbunden sind, dass Fluiddruck zwischen oder unter den Komponenten übertragen werden kann. Bezug auf eine Fluidkopplung, -verbindung oder -kommunikation zwischen zwei Komponenten beschreibt Komponenten, die derart verbunden sind, dass ein Fluid zwischen oder unter den Komponenten fließen kann. Hydraulisch gekoppelte, verbundene oder kommunizierende Komponenten können bestimmte Anordnungen beinhalten, bei denen Fluid nicht zwischen den Komponenten fließt, aber Fluiddruck dennoch übertragen werden kann, wie zum Beispiel über eine Membran oder einen Kolben oder andere Mittel zum Umwandeln von angelegtem Fluss oder Druck in mechanische oder Fluickraft.

[0018] Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Zentrifugalpumpe, die einen Motor und ein Laufrad beinhaltet, das durch den Motor angetrieben wird. Eine Welle mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt, die durch eine komplementäre Bohrung an dem Laufrad aufgenommen wird, die ebenfalls einen nichtkreisförmigen Querschnitt aufweist, verbindet den Motor und das Laufrad. Der Passeingriff der Welle und des Laufrads ermöglicht die Weglassung einer Passfeder oder einer anderen befestigungsbezogenen Kopplung, die typischerweise verwendet wird, um ein herkömmliches Laufrad und eine herkömmliche Welle zu koppeln. Da eine nutlose Kopplung Kerben, Nuten oder Schlitze weglässt, die in einer Welle gebildet sind, um die Passfeder aufzunehmen, kann die Stärke und Haltbarkeit der Welle verbessert werden, was zu weniger gebrochenen Wellen, einer weniger häufigen Wartung von Pumpen und geringeren Kosten in Verbindung mit der

Fähigkeit der Verwendung kleinerer und weniger teurer Komponenten führt. Die hierin beschriebene Zentrifugalbumpe kann eine Bohrlochzentrifugalpumpe sein oder kann stattdessen ein Horizontalbumpensystem (HPS) sein, das in Oberflächenanwendungen verwendet wird.

[0019] Ein Bohrlochpumpensystem 110 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist in Fig. 1 veranschaulicht. Das Pumpensystem 110 wird in einem Bohrloch 112 eingesetzt, das sich von einer Oberflächenstelle 114 des Bohrlochs in eine geologische Formation 115 erstreckt. In der veranschaulichenden Ausführungsform erstreckt sich das Bohrloch 112 von einer irdischen oder landbasierten Oberflächenstelle. In anderen Ausführungsformen kann das Pumpensystem 110 in Bohrlöchern, die sich von Offshore- oder unterseeischen Oberflächenstellen erstrecken, unter Verwendung von Offshore-Plattformen, Bohrschiffen, Halbtauchbotten oder Bohrkänen eingesetzt werden. Das Bohrloch 112 definiert eine „übertägige“ Richtung, die sich auf einen Abschnitt des Bohrlochs 112 bezieht, der näher an der Oberflächenstelle 114 ist, und eine „untertägige“ Richtung, die sich auf einen Abschnitt des Bohrlochs 112 bezieht, der weiter von der Oberflächenstelle 114 entfernt ist.

[0020] Das Bohrloch 112 ist in einer im Allgemeinen vertikalen Ausrichtung veranschaulicht. In anderen Ausführungsformen kann das Bohrloch 112 Abschnitte in alternierend abgewichenen Ausrichtungen wie zum Beispiel horizontal, geneigt oder gekrümmt beinhalten, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Das Bohrloch 112 beinhaltet optional einen Gehäusestrang 116 darin, der sich im Allgemeinen von der Oberflächenstelle 114 zu einer ausgewählten Bohrlochtiefe erstreckt. Abschnitte des Bohrlochs 112, die keinen Gehäusestrang 116 beinhalten, können als „offenes Loch“ beschrieben werden.

[0021] Verschiedene Arten von Bohrlochkohlenwasserstofffluiden können durch eine Untertagepumpe 120, die in dem Bohrloch 112 eingesetzt wird, an die Oberflächenstelle 114 gepumpt werden. Die Pumpe 120 kann eine mehrstufige Zentrifugalpumpe sein, die so funktioniert, dass sie Druck auf die Kohlenwasserstofffluide (und/oder andere vorhandene Bohrlochfluide) überträgt, um die Fluide in dem Bohrloch 112 bei einer gewünschten Pumprate zu der Oberflächenstelle 114 zu treiben. Die Pumpe 120 kann eine beliebige geeignete Größe oder Konstruktion basierend auf Parametern wie zum Beispiel Bohrlochgröße, gewünschte Pumprate oder Fluidviskosität aufweisen. Die Pumpe 120 kann arbeiten, indem den Kohlenwasserstofffluiden über Zentrifugalkraft kinetische Energie hinzugefügt wird und die kinetische Energie unter Verwendung von einem oder mehreren Laufrädern und Diffusoren wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 detaillierter erörtert in potenzielle Energie in der Form von Druck umgewandelt wird.

[0022] Das Pumpensystem 110 beinhaltet einen Motor 122 zum Antreiben des einen oder der mehreren Laufräder in der Pumpe 120. Eine Antriebswelle 124 kann den Motor 122 mit den Laufrädern wirkverbinden, um die Drehkraft des Motors 122 auf die Laufräder zu übertragen, die sich in der Pumpe 120 befinden, und dadurch zu bewirken, dass sich die Laufräder drehen. Der Motor 122 kann auch durch ein Kabel 128 an eine Steuerung 130 an der Oberflächenstelle 114 gekoppelt sein, die dem Motor 122 Anweisungen bereitstellen kann, sodass er auf eine bestimmte Weise arbeitet. In anderen Ausführungsformen kann eine Steuerung an einer Untertagestelle angeordnet sein.

[0023] Andere verschiedene Komponenten des Pumpensystems 110 können einen Einlass 132, eine Dichtungskammer 134 und ein Sensorpaket 136 beinhalten. Der Einlass 132 kann zulassen, dass Fluid in den Boden der Pumpe 120 eintritt und zu der ersten Stufe der Pumpe 120 fließt. Die Dichtungskammer 134 kann die Lebensdauer des Motors 122 verlängern, indem der Motor 122 vor Verunreinigung geschützt wird und Druckausgleich zwischen dem Motor 122 und dem Bohrloch 112 bereitgestellt wird.

[0024] Der Motor 122 kann bei hohen Drehzahlen arbeiten, wie zum Beispiel 3.500 Umdrehungen pro Minute, um dadurch die Drehung der Laufräder in der Pumpe 120 anzutreiben. Die Drehung der Laufräder kann bewirken, dass die Pumpe 120 Fluid an die Oberflächenstelle 114 pumpt. Das Sensorpaket 136 kann einen oder mehrere Sensoren beinhalten, die verwendet werden, um die Betriebsparameter der Pumpe 120 und/oder Bedingungen in dem Bohrloch 112 zu überwachen, wie zum Beispiel den Einlassdruck, den Gehäuseringraumdruck, die Innenmotor-

temperatur, den Pumpenauslassdruck und die Pumpenauslasstemperatur, die Untertageflussrate oder die Ausrüstungsvibration. Das Sensorpaket 136 kann kommunikativ an die Steuerung 130 gekoppelt sein.

[0025] Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer mehrstufigen Bohrlochzentrifugalbumpe 200 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Zentrifugalpumpe 200 beinhaltet eine Vielzahl von Laufrädern 204, die innerhalb eines länglichen Gehäuses 208 angeordnet sind. Das längliche Gehäuse 208 beinhaltet im Allgemeinen eine Längsachse 212, entlang derer eine drehbare Welle 216 positioniert ist. Jedes der Laufräder 204 beinhaltet eine zentrale Bohrung 220, welche die drehbare Welle 216 aufnimmt. Die Welle 216 kann von solider oder rohrförmiger Konstruktion sein und erstreckt sich in einem einzelnen Stück entlang im Wesentlichen der gesamten Länge des länglichen Gehäuses 208. Die Welle 216 und die Laufräder 204 sind konfiguriert, um sich zusammen zu drehen, sodass Leistung und Drehung, die durch einen Motor (nicht gezeigt) auf die Welle 216 übertragen werden, ebenso den Laufrädern 204 verliehen werden. Während sich jedes Laufrad 204 innerhalb eines Diffusors 232 dreht, der in dem Gehäuse 208 positioniert ist, bewegen sich Schaufeln 224 auf jedem Laufrad und setzen Fluid von einer Niederdruckseite jedes Laufrads 204 zu einer Hochdruckseite jedes Laufrads 204 unter Druck. Der Diffusor 232 kann innerhalb des länglichen Gehäuses auf der Hochdruckseite jedes Laufrads 204 angeordnet sein, um Fluid von einem Laufrad zum nächsten zu leiten. Jede Kombination aus Laufrad 204 und Diffusor 232 wird als Einzelstufe angesehen, und jede Stufe der Pumpe 200 ist fluidisch mit der nächsten Stufe verbunden. Die Kombination aus mehreren Laufrädern und Diffusoren stellt die mehrstufigen Eigenschaften der Pumpe 200 bereit. Jede Stufe erhöht den Druck von Fluid, das sich durch das Gehäuse 208 bewegt, progressiv. Alle der Laufräder 204 der mehrstufigen Pumpe 200 aus Fig. 2 sind dazu in der Lage, durch die Drehwelle 216 gedreht zu werden.

[0026] Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht des Laufrads 204 und der Welle 216 der Pumpe 200 veranschaulicht. Fig. 3 stellt ein einzelnes Laufrad 204 der Pumpe 200 dar. Während die hierin beschriebene Pumpe 200 als mehrstufige Pumpe veranschaulicht ist, ist es wichtig anzumerken, dass die vorliegende Offenbarung ebenso auf einstufige Pumpen anwendbar ist. In einer Ausführungsform beinhaltet jede Stufe einer mehrstufigen Pumpe das Laufrad 204 und den Diffusor 232, innerhalb dessen sich das Laufrad 204 drehen kann. Die eine oder die mehreren Stufen der Pumpe 200 können ferner eine Lagerhülse 306 beinhalten, die als Lager zwischen der Welle 216 und dem Gehäuse 208 dient. Eine Abstandshülse 310 kann ebenso zwischen aufeinanderfolgenden Pumpenstufen bereitgestellt sein, um die Laufräder 204 voneinander zu beabstanden. Sowohl die Lagerhülse 306 als auch die Abstandshülse 310 beinhalten zentrale Bohrungen, die dazu in der Lage sind, die Welle 216 aufzunehmen, und eine ähnliche Größe und Querschnittsform wie die Größe und Querschnittsform der Welle 216 aufweisen.

[0027] Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist eine Vorderansicht des Laufrads 204 und der Welle 216 veranschaulicht. Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht der Welle 216 in einer Ebene normal zu der Längsachse 212 (siehe Fig. 3). Der Querschnitt der Welle 216 ist nichtkreisförmig und stimmt eng mit einem ähnlichen nichtkreisförmigen Querschnitt der zentralen Bohrung 220 des Laufrads 216 überein. Die komplementären nichtkreisförmigen Querschnitte ermöglichen Leistungsübertragung zwischen der Welle 216 und dem Laufrad 204 ohne die Verwendung von Passfedern, Schlitzen, Kerben oder Keilnuten.

[0028] Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Welle 504 mit einem poIygonalen Profil gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Form der Welle 504 ist der nichtkreisförmigen Form der Welle 216 ähnlich, die in Fig. 3 veranschaulicht ist, und beinhaltet eine Vielzahl von Nocken 512. Insbesondere beinhaltet die Welle 504 drei Nocken 512, wobei jeder Nocken 512 um etwa 120 Grad von einem benachbarten Nocken 512 angeordnet ist. Die Welle 504 umfasst ferner drei Flächen 516, wobei jede Fläche 516 um etwa 120 Grad von einer benachbarten Fläche 516 angeordnet und zwischen zwei der drei Nocken 512 positioniert ist. Die Anordnung der Nocken 512 und der Flächen 516 ist derart, dass ein erster Kreis 520, der die Nocken 512 umschreibt, konzentrisch zu einem zweiten Kreis 524 ist, der die Flächen 516 umschreibt.

[0029] Während das polygonale, nichtkreisförmige Profil, das in Fig. 5 beschrieben ist, mit der Welle der Pumpe verbunden ist, ist das Profil der zentralen Bohrungen von Komponenten, durch welche die Welle durchläuft, in Profil und Größe ähnlich, sodass die Welle innerhalb der bestimmten Komponente (z. B. Laufrad, Lagerhülse, Abstandshülse) auf komplementäre Weise aufgenommen wird, die Leistungsübertragung zwischen der Welle und der Komponente ermöglicht.

[0030] Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer Welle 604 mit einem poIygonalen Profil gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Welle 604 ist ebenso wie die Welle 216 nichtkreisförmig und beinhaltet eine Vielzahl von Nocken 612. Insbesondere beinhaltet die Welle 604 vier Nocken 612, wobei jeder Nocken 612 um etwa 90 Grad von einem benachbarten Nocken 612 angeordnet ist. Die Welle 604 umfasst ferner vier Flächen 616, wobei jede Fläche 616 um etwa 90 Grad von einer benachbarten Fläche 616 angeordnet und zwischen zwei der Nocken 612 positioniert ist. Die Anordnung der Nocken 612 und der Flächen 616 ist derart, dass ein erster Kreis 620, der die Nocken 612 umschreibt, konzentrisch zu einem zweiten Kreis 624 ist, der die Flächen 616 umschreibt.

[0031] Während das polygonale, nichtkreisförmige Profil, das in Fig. 6 beschrieben ist, mit der Welle der Pumpe verbunden ist, ist das Profil der zentralen Bohrungen von Komponenten, durch welche die Welle durchläuft, in Profil und Größe ähnlich, sodass die Welle innerhalb der bestimmten Komponente (z. B. Laufrad, Lagerhülse, Abstandshülse) auf komplementäre Weise aufgenommen wird, die Leistungsübertragung zwischen der Welle und der Komponente ermöglicht.

[0032] Die Wellen 504, 604 mit drei und vier Nocken, die in Fig. 5 und 6 veranschaulicht sind, sind Beispiele für nichtkreisförmige Querschnitte, die verwendet werden können, um Leistung auf die Laufräder der Pumpe zu übertragen. Es sind andere nichtkreisförmige Querschnitte möglich, darunter Querschnitte, die Konfigurationen mit zwei Nocken oder Konfigurationen mit mehr als vier Nocken beinhalten. In einer Ausführungsform ist die Konfiguration des Querschnitts derart, dass Drehung der Welle ausgeglichen ist und keine übermäßige Vibration erzeugt.

[0033] In Betrieb können die hierin beschriebenen ein- oder mehrstufigen Pumpen betrieben werden, indem die Welle mit einem Motor gedreht wird. Die Welle, die einen nichtkreisförmigen oder polygonalen Querschnitt normal zu einer Achse beinhaltet, um die sich die Welle dreht, wird durch ein oder mehrere Laufräder der Pumpe und andere Komponenten aufgenommen, die mit der Pumpe verbunden sind, wie zum Beispiel Lager, Lagerhülsen und Abstandshülse. Jedes Laufrad oder jede Komponente beinhaltet eine zentrale Bohrung, durch welche die Welle durchläuft, und der Querschnitt jeder zentralen Bohrung ist ebenfalls nichtkreisförmig und in der Form derjenigen der Welle ähnlich. Der Passeingriff zwischen der Welle und dem Laufrad (oder beliebigen anderen Komponenten) ermöglicht, dass Leistung, die durch die Welle getragen wird, ohne die Bereitstellung von Passfedern, Keilnuten, Schlitzen oder Kerben in der Welle, dem Laufrad oder der Komponente auf das Laufrad oder die andere Komponente übertragen wird. Ebenso kann der Motor, welcher der Welle Drehkraft bereitstellt, ebenfalls eine zentrale Bohrung oder Kopplung aufweisen, die größenbemessen und geformt ist, um den nichtkreisförmigen Querschnitt der Welle passend in Eingriff zu nehmen, wodurch Passfedern und Keilnuten auch an der Motorkopplung weggelassen werden. Alternativ kann die Welle einen oder mehrere Keile an einem Ende der Welle zur Kopplung an den Motor beinhalten.

[0034] Die vorstehend offenbarten Ausführungsformen sind zu Zwecken der Veranschaulichung dargestellt worden und um den Durchschnittsfachmann in die Lage zu versetzen, die Offenbarung in die Praxis umzusetzen, doch die Offenbarung soll nicht erschöpfend oder auf die offenbarten Formen beschränkt sein. Dem Durchschnittsfachmann sind viele unwesentliche Modifikationen und Variationen ersichtlich, ohne vom Umfang und Geist der Offenbarung abzuweichen. Der Umfang der Patentansprüche soll die offenbarten Ausführungsformen und beliebige solche Modifikationen weitgehend abdecken. Ferner stellen die folgenden Sätze zusätzliche Ausführungsformen der Offenbarung dar und sind als innerhalb des Umfangs der Offenbarung zu verstehen.

[0035] Satz 1, eine Bohrlochzentrifugalpumpe, umfassend: einen Motor; ein Laufrad; und eine Welle mit einer Längsachse und einem nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse, wobei die Welle mit dem Motor und dem Laufrad verbunden ist, sodass Dreh-

leistung, die der Welle durch den Motor bereitgestellt wird, dem Laufrad bereitgestellt wird.

[0036] Satz 2, die Bohrlochzentrifugalpbumpe nach Satz 1, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle polygonal ist.

[0037] Satz 3, die Bohrlochzentrifugalbpbumpe nach Satz 1 oder 2, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle ferner eine Vielzahl von Nocken umfasst.

[0038] Satz 4, die Bohrlochzentrifugalpumpe nach einem der Sätze 1-3, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle ferner drei Nocken umfasst, wobei jeder Nocken um etwa 120 Grad von einem benachbarten Nocken angeordnet ist.

[0039] Satz 5, die Bohrlochzentrifugalpbumpe nach Satz 4, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle ferner drei Flächen umfasst, wobei jede Fläche um etwa 120 Grad von einer benachbarten Fläche angeordnet und zwei der drei Nocken positioniert ist.

[0040] Satz 6, die Bohrlochzentriftugalbumpe nach Satz 5, wobei ein erster Kreis, der die Nocken umschreibt, konzentrisch zu einem zweiten Kreis ist, der die Flächen umschreibt.

[0041] Satz 7, die Bohrlochzentrifugalpumpe nach einem der Sätze 1-3, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle ferner vier Nocken umfasst, wobei jeder Nocken um etwa 90 Grad von einem benachbarten Nocken angeordnet ist.

[0042] Satz 8, die Bohrlochzentrifugalbumpe nach einem der Sätze 1-7, wobei die Verbindung der Welle zu dem Laufrad nutlos ist.

[0043] Satz 9, die Bohrlochzentrifugalbumpe nach einem der Sätze 1-8, wobei die Verbindung der Welle zu dem Motor nutlos ist.

[0044] Satz 10, eine mehrstufige Bohrlochzentrifugalpumpe, umfassend: einen Motor; ein Laufrad erster Stufe mit einer ersten zentralen Bohrung, die entlang einer Längsachse der Pumpe ausgerichtet ist, wobei die zentrale Bohrung einen nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse aufweist; ein Laufrad zweiter Stufe mit einer zweiten zentralen Bohrung, die entlang der Längsachse ausgerichtet ist, wobei die zweite zentrale Bohrung einen nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse aufweist; und eine Welle, die an den Motor gekoppelt ist und durch die erste zentrale Bohrung des Laufrads der ersten Stufe und die zweite zentrale Bohrung des Laufrads der zweiten Stufe aufgenommen wird, wobei die Welle einen nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse aufweist.

[0045] Satz 11, die Bohrlochzentrifugalbumpe nach Satz 10, wobei die nichtkreisförmigen Querschnitte der ersten zentralen Bohrung, der zweiten zentralen Bohrung und der Welle die gleiche Form aufweisen.

[0046] Satz 12, die Bohrlochzentrifugalpumpe nach Satz 10 oder 11, wobei die nichtkreisförmigen Querschnitte der ersten zentralen Bohrung, der zweiten zentralen Bohrung und der Welle polygonal sind.

[0047] Satz 13, die Bohrlochzentrifugalpumpe nach einem der Sätze 10-12, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle ferner eine Vielzahl von Nocken umfasst.

[0048] Satz 14, die Bohrlochzentrifugalpumpe nach einem der Sätze 10-13, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle ferner drei Nocken umfasst, wobei jeder Nocken um etwa 120 Grad von einem benachbarten Nocken angeordnet ist.

[0049] Satz 15, die Bohrlochzentrifugalpumpe nach Satz 14, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle ferner drei Flächen umfasst, wobei jede Fläche um etwa 120 Grad von einer benachbarten Fläche angeordnet und zwei der drei Nocken positioniert ist.

[0050] Satz 16, die Bohrlochzentrifugalpumpe nach einem der Sätze 10-15, wobei die Kopplung der Welle an das Laufrad erster Stufe und das Laufrad zweiter Stufe nutlos ist.

[0051] Satz 17, die Bohrlochzentrifugalpumpe nach einem der Sätze 10-16, wobei die Kopplung

der Welle zu dem Motor nutlos ist.

[0052] Satz 18, die Bohrlochzentrifugalpbumpe nach einem der Sätze 10-17, ferner umfassend: zumindest ein zusätzliches Laufrad mit einer zentralen Bohrung, die entlang der Längsachse ausgerichtet ist, wobei das zumindest eine zusätzliche Laufrad an der Welle angeordnet ist, sodass die Welle durch die zentrale Bohrung des zumindest einen zusätzlichen Laufrads aufgenommen wird.

[0053] Satz 19, ein Verfahren zum Entfernen von Fluid aus einem Bohrloch, umfassend: Drehen einer Welle mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt um eine Längsachse, um ein oder mehrere Laufräder innerhalb eines Pumpengehäuses zu drehen; wobei die Welle durch eine zentrale Bohrung des einen oder der mehreren Laufräder aufgenommen wird, wobei die zentrale Bohrung einen nichtkreisförmigen Querschnitt aufweist.

[0054] Satz 20, das Verfahren nach Satz 19, wobei die nichtkreisförmigen Querschnitte der zentralen Bohrung und der Welle polygonal sind.

[0055] Während diese Patentschrift spezifische Details in Bezug auf bestimmte Komponenten einer Bohrlochzentrifugalpumpe und ein Verfahren bereitstellt, versteht es sich, dass die Liste mit Komponenten lediglich veranschaulichend ist und nicht erschöpfend oder auf die offenbarten Formen beschränkt sein soll. Andere Komponenten in Bezug auf Untertagepumpen innerhalb eines Bohrlochs werden dem Fachmann ersichtlich, ohne vom Umfang und Geist der Offenbarung abzuweichen. Ferner soll der Umfang der Ansprüche die offenbarten Komponenten und beliebige solche Komponenten, die dem Fachmann ersichtlich sind, breit abdecken.

[0056] Anhand der vorstehenden Offenbarung von veranschaulichenden Ausführungsformen sollte ersichtlich sein, dass erhebliche Vorteile bereitgestellt worden sind. Die veranschaulichenden Ausführungsformen sind nicht nur auf die hierin enthaltenen Beschreibungen und Veranschaulichungen beschränkt und sind stattdessen zu verschiedenen Anderungen und Modifikationen in der Lage, ohne vom Geist der Offenbarung abzuweichen.

Claims

Patentansprüche

1. Bohrlochzentrifugalpumpe (120, 200), umfassend: einen Motor (122); ein Laufrad (204); und eine Welle (216, 504, 604) mit einer Längsachse (212), wobei die Welle (216, 504, 604) mit dem Motor (122) und dem Laufrad (204) verbunden ist, sodass Drehleistung, die der Welle

(216, 504, 604) durch den Motor (122) zur Verfügung steht, dem Laufrad (204) zur Verfügung steht,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Welle einen nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse (212) aufweist.

2. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 1, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle (216, 504, 604) polygonal ist.

3. Bohrlochzentrifugalpbumpe (120) nach Anspruch 1, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle (216, 504, 604) ferner eine Vielzahl von Nocken (512, 612) umfasst.

4. Bohrlochzentrifugalbumpe (120) nach Anspruch 1, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle (504) ferner drei Nocken (512) umfasst, wobei jeder Nocken (512) um etwa 120 Grad von einem benachbarten Nocken (512) angeordnet ist.

5. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 4, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle (504) ferner drei Flächen (516) umfasst, wobei jede Fläche (516) um etwa 120 Grad von einer benachbarten Fläche (516) angeordnet und zwei der drei Nocken (512) positioniert ist.

6. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 5, wobei ein erster Kreis (520), der die Nocken (512) umschreibt, konzentrisch zu einem zweiten Kreis (524) ist, der die Flächen (516) umschreibt.

7. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 1, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle (604) ferner vier Nocken (612) umfasst, wobei jeder Nocken (612) um etwa 90 Grad von einem benachbarten Nocken (612) angeordnet ist.

8. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 1, wobei die Verbindung der Welle (216, 504, 604) zu dem Laufrad (204) nutlos ist.

9. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 1, wobei die Verbindung der Welle (216, 504, 604) zu dem Motor (122) nutlos ist.

10. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (204) die erste zentrale Bohrung mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse (212) aufweist.

11. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtkreisförmigen Querschnitte der zentralen Bohrung (220) und der Welle (216, 504, 604) polygonal sind.

12. Mehrstufige Bohrlochzentrifugalpumpe (120), umfassend: einen Motor (122);

ein Laufrad erster Stufe, das eine erste zentrale Bohrung aufweist, die entlang einer Längsachse (212) der Pumpe ausgerichtet ist;

ein Laufrad zweiter Stufe, das eine zweite zentrale Bohrung aufweist, die entlang der Längsachse ausgerichtet ist; und

eine Welle, die an den Motor gekoppelt und durch die erste zentrale Bohrung des Laufrads erster Stufe und die zweite zentrale Bohrung des Laufrads zweiter Stufe aufgenommen ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste zentrale Bohrung einen nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse (212) aufweist;

die zweite zentrale Bohrung einen nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse (212) aufweist; und

die Welle (216, 504, 604) einen nichtkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse (212) aufweist.

13. Bohrlochzentrifugalpbumpe (120) nach Anspruch 12, wobei die nichtkreisförmigen Querschnitte der ersten zentralen Bohrung, der zweiten zentralen Bohrung und der Welle (216, 504, 604) die gleiche Form aufweisen.

14. Bohrlochzentrifugalpbumpe (120) nach Anspruch12, wobei die nichtkreisförmigen Querschnitte der ersten zentralen Bohrung, der zweiten zentralen Bohrung und der Welle (216, 504, 604) polygonal sind.

15. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 12, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle (216, 504, 604) ferner eine Vielzahl von Nocken (512, 612) umfasst.

16. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 12, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle (504) ferner drei Nocken (512) umfasst, wobei jeder Nocken (512) um etwa 120 Grad von einem benachbarten Nocken (512) angeordnet ist.

17. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 16, wobei der nichtkreisförmige Querschnitt der Welle (504) ferner drei Flächen (516) umfasst, wobei jede Fläche (516) um etwa 120 Grad von einer benachbarten Fläche (516) angeordnet und zwei der drei Nocken (512) positioniert ist.

18. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 12, wobei die Kopplung der Welle (216, 504, 604) an das Laufrad erster Stufe und das Laufrad zweiter Stufe nutlos ist.

19. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 12, wobei die Kopplung der Welle (216, 504, 604) an den Motor (122) nutlos ist.

20. Bohrlochzentrifugalpumpe (120) nach Anspruch 12, ferner umfassend:

zumindest ein zusätzliches Laufrad, das eine zentrale Bohrung aufweist, die entlang der Längsachse (212) ausgerichtet ist,

wobei das zumindest eine zusätzliche Laufrad an der Welle (216, 504, 604) angeordnet ist, sodass die Welle (216, 504, 604) durch die zentrale Bohrung des zumindest einen zusätzlichen Laufrads aufgenommen wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen