JP2016204903A - ダウンホール圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きなスラグの圧縮機へ流入を防止し、圧縮機の破損を防止する。
【解決手段】ダウンホール圧縮装置１０は、円筒状のケーシング２０内に配設され、ケーシング２０の一端から取り込んだ流体６０をケーシング内で圧縮する圧縮機３０と、圧縮機３０の上流側に配設され、流体６０に含まれるスラグ８０を分離して除去するセパレータ４０と、セパレータ４０のさらに上流側に配設され、流体６０に含まれるスラグ８０のうち自身の格子目よりも大きなスラグを破砕するとともに、その格子目よりも小さなスラグ８０を含んだ流体６０を通過させるスラグ破砕格子５０と、を備えてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス井などで用いられるダウンホール圧縮装置に関する。

ガス井などのケーシング内のダウンホール圧縮装置では、その上流側（底部側）の流路では気体と液体が混合した流体が流れている。ガス井の場合、ガスに含まれる水や油からなる液体は不要な物質であり、しばしばスラグと呼ばれる。そこで、ダウンホール圧縮装置では、気体に液体（スラグ）が混合した流体から液体（スラグ）を分離するセパレータが設けられている。すなわち、不要な液体（スラグ）は、気体（採取ガス）を圧縮する圧縮機の上流側に設けられたセパレータによって分離され、除去される。

セパレータには、液体（スラグ）を効率よく分離することが可能な液滴径の範囲が存在する。液滴径がその範囲を外れると、その液滴はセパレータを通過する。すなわち、所定の液滴径の範囲よりも小さい液滴や大きい液滴（スラグ）は、セパレータを素通りする。とくに、多量の液体が混合した気体がセパレータに流入した場合には、その液滴径は、当然ながら過度に大きくなる。そのため、セパレータはその液滴を分離できず、分離されなかった液滴は、セパレータの下流に設けられた圧縮機に流れ込む。その結果、圧縮機は、多量の液体（スラグ）の流入を受け、過負荷により破損する。

このようなダウンホール圧縮装置における技術課題を解決するために、例えば、特許文献１には、圧縮機で圧縮された気体の一部を、リサイクルチャネルを通してセパレータの上流側へ逆流させ、ノズルから噴出させることで、大きな径の液滴（スラグ）を破砕する技術が開示されている。

国際公開第２０１３／４０１８４号

特許文献１に記載されている液滴（スラグ）を破砕する技術によれば、確かに大きな径のスラグを破砕することはできる。しかしながら、セパレータが大量のスラグの流入を受けた場合、特許文献１に記載の技術により、その大量のスラグすべてをセパレータで分離可能な適切な大きさまで破砕することは困難である。従って、スラグの破砕が十分に行われなかった場合には、スラグはセパレータを通過し、圧縮機へ流入し、圧縮機を破損に至らしめる恐れがある。

そこで、本発明の目的は、大きなスラグの圧縮機へ流入を防止し、圧縮機の破損を防止することが可能なダウンホール圧縮装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るダウンホール圧縮装置は、筒状のケーシング内に配設され、前記ケーシングの一端から取り込んだ流体を前記ケーシング内で圧縮する圧縮機と、前記流体の流れの方向に沿って、前記圧縮機の上流側の前記ケーシング内に配設され、前記流体に含まれるスラグを分離して除去するセパレータと、前記流体の流れの方向に沿って、前記セパレータの上流側の前記ケーシング内に配設され、前記流体に含まれるスラグのうち自身の格子目よりも大きなスラグを破砕するとともに、前記格子目よりも小さなスラグを含んだ前記流体を通過させるスラグ破砕格子と、を備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、大きなスラグの圧縮機へ流入を防止し、圧縮機の破損を防止することが可能なダウンホール圧縮装置が提供される。

本発明の第１の実施形態に係るダウンホール圧縮装置の縦断面構造の例を模式的に示した図。 本発明の第１の実施形態に係るスラグ破砕格子の（ａ）平面図および（ｂ）斜視図の例を示した図。 本発明の第１の実施形態に係るダウンホール圧縮装置で用いられるスラグ破砕格子の第１の変形例を示した図。 本発明の第１の実施形態に係るダウンホール圧縮装置で用いられるスラグ破砕格子の第２の変形例を示した図。 本発明の第２の実施形態に係るダウンホール圧縮装置の縦断面構造の例を模式的に示した図。 本発明の第２の実施形態に係るスラグ破砕格子の斜視図の例を示した図。 本発明の第２の実施形態の変形例に係るダウンホール圧縮装置の縦断面構造の例を模式的に示した図。 本発明の第３の実施形態に係るダウンホール圧縮装置の縦断面構造の例を模式的に示した図。 本発明の第３の実施形態に係るダウンホール圧縮装置に設けられるスクリュー翼の斜視図の例を示した図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０の縦断面構造の例を模式的に示した図である。図１に示すように、ダウンホール圧縮装置１０は、ガス井などの円筒状のケーシング２０の底部から流入する流体６０を取り込んでケーシング２０内で圧縮し、ケーシング２０の上部へ供給する装置である。本実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０は、圧縮機３０、セパレータ４０およびスラグ破砕格子５０を備えて構成される。ここで、圧縮機３０およびセパレータ４０としては、いずれも公知の一般的な圧縮機およびセパレータが用いられるものとする。

一般に、ケーシング２０の底部から流入する流体６０は、ガス７０と、水滴や油滴などからなるスラグ８０との混合体である。前記したように、スラグ８０は、圧縮機３０を破損させる恐れがある。そこで、ケーシング２０内の圧縮機３０の上流側（底部側）には、スラグ８０を分離し除去するセパレータ４０が配設され、セパレータ４０により流体６０からスラグ８０が除去される。なお、図１において、ブロック矢印は、ガス７０とスラグ８０とからなる流体６０の流れの方向を示している。

公知の一般的なセパレータ４０では、セパレータ４０を通過する流体６０に対し、例えば回転力を付与し、遠心分離の原理により、ガス７０とスラグ８０とを互いに分離する。しかしながら、このようなセパレータ４０では、軽い微小なスラグ８０は、ガス７０との分離が十分に行われず、また、付与する回転力でも回転されないような重い大きなスラグ８０についても分離が十分に行われない。そのため、軽い微小なスラグ８０や重い大きなスラグ８０は、セパレータ４０で除去されず、圧縮機３０に流入する。

この場合、軽い微小なスラグ８０は、圧縮機３０にとって大きな負荷とはならないが、重い大きなスラグ８０は、圧縮機３０にとって大きな負荷となり、過負荷となった場合、圧縮機３０を破損に至らしめる恐れがある。そこで、本実施形態では、セパレータ４０のさらに上流側（底部側）に、大きなスラグ８０を破砕して小さなスラグ８０にするためのスラグ破砕格子５０が設けられている。

図２は、第１の実施形態に係るスラグ破砕格子５０の（ａ）平面図および（ｂ）斜視図の例を示した図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、スラグ破砕格子５０は、互いに平行に配列された複数の横方向の横桟５１と、縦方向の縦桟５２が互いに交差するように配置されて構成される。そして、横桟５１および縦桟５２の両端部は、ケーシング２０の内壁に固定される。すなわち、スラグ破砕格子５０は、その格子面がケーシング２０の長さ方向と略直交するようにケーシング２０の内壁に固定される。このとき、スラグ破砕格子５０における横桟５１および縦桟５２で囲まれるそれぞれの格子目５３の大きさ（断面積）は、略均一であるとする。また、スラグ破砕格子５０の格子面は、ケーシング２０の中心軸に略垂直であるとするが、多少の傾きがあってもよい。

従って、本実施形態では、ケーシング２０の底部から流入する流体６０は、スラグ破砕格子５０が配設された位置に到達すると、流体６０のうち、ガス７０および格子目５３よりも小さなスラグ８０は、スラグ破砕格子５０を通過する。一方、格子目５３よりも大きなスラグ８０は、スラグ破砕格子５０に衝突して、破砕され、小さくなる。そして、その格子目５３よりも小さくなったスラグ８０は、スラグ破砕格子５０を通過する。

すなわち、ケーシング２０の底部から流入する流体６０に大きなスラグ８０が含まれていたとしても、その大きなスラグ８０は、スラグ破砕格子５０を通過するとき、スラグ破砕格子５０によって破砕され、格子目５３よりも小さなスラグ８０になる。従って、格子目５３の大きさを適切に定めることにより、スラグ破砕格子５０を通過するスラグ８０の大きさを、セパレータ４０で効率よく分離可能な大きさにすることができる。

その場合、微小なスラグ８０を除き大部分のスラグ８０がセパレータ４０で除去されることになるので、少なくとも大きなスラグ８０が圧縮機３０へ流入することはない。その結果、圧縮機３０は過負荷になることはなく、圧縮機３０の破損が防止される。よって、本実施形態では、大きなスラグ８０がセパレータ４０を通過し、圧縮機３０へ流入し、圧縮機３０を破損に至らしめるという従来技術の課題が解決される。

なお、図２に示したスラグ破砕格子５０では、横桟５１および縦桟５２は、例えばステンレスなどからなる板材で構成されているとしているが、ステンレスなどからなる棒材や線材などで構成されているとしてもよい。

（第１の実施形態の第１の変形例）
図３は、本発明の第１の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０で用いられるスラグ破砕格子５０の第１の変形例を示した図である。図２に示したスラグ破砕格子５０の横桟５１および縦桟５２は、直線状の板材、棒材、線材などで構成されているが、図３に示した第１の変形例では、スラグ破砕格子５０ａの横桟５１ａおよび縦桟５２ａは、波線状の板材、棒材、線材などで構成されている。また、ここでは、横桟５１ａおよび縦桟５２ａで囲まれるそれぞれの格子目５３ａの大きさ（断面積）は、略均一であるとする。

本変形例でも、スラグ破砕格子５０ａは、大きなスラグ８０を破砕して、格子目５３ａの大きさに応じたサイズのスラグ８０にすることができる。従って、セパレータ４０に流入するスラグ８０の大きさを、セパレータ４０で効率よく分離可能な大きさにすることが可能となる。よって、本変形例でも、大きなスラグ８０が圧縮機３０へ流入するのを防止し、圧縮機３０の破損を防止することができるという前記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第１の実施形態の第２の変形例）
図４は、本発明の第１の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０で用いられるスラグ破砕格子の第２の変形例を示した図である。図４に示すように、第２の変形例に係るスラグ破砕格子５０ｂは、径が異なる円形状（円弧状）の複数の横桟５１ｂがケーシング２０の中心軸を中心に同心円状に配置され、直線状の複数の縦桟５２ｂがケーシング２０の中心軸を通るように放射状に配置されて構成される。この場合、横桟５１ｂと縦桟５２ｂとで囲まれる格子目５３ｂの大きさ（断面積）は、ケーシング２０内の中心部で小さく、周辺部で大きくなる。

従って、ガス７０とスラグ８０とからなる流体６０がスラグ破砕格子５０ａを通過すると、通過後のスラグ８０の平均的な大きさは、ケーシング２０内の中心部で小さく、周縁部で大きくなる。従って、ケーシング２０内の中心部で平均的に小さく、周縁部で平均的に大きいスラグ８０を含んだ流体６０が、セパレータ４０に流入することとなる。言い換えれば、セパレータ４０には、スラグ８０の分離が何ほどか行われた状態の流体６０が流入すると考えることができる。従って、本変形例では、セパレータ４０は、より効率よくスラグ８０を分離することが可能になる。

よって、本変形例でも、複数の円形状の横桟５１ｂのおよび放射状の縦桟５２ｂの数および間隔を適切に決めることにより、セパレータ４０を通過した後のスラグ８０の大きさをセパレータ４０が効率よく分離可能な大きさにすることができる。よって、本変形例では、大きなスラグ８０が圧縮機３０へ流入するのをより効果的に防止することができ、圧縮機３０の破損をより効果的に防止することができるようになる。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０ｃの縦断面構造の例を模式的に示した図である。また、図６は、第２の実施形態に係るスラグ破砕格子５０ｃの斜視図の例を示した図である。

図５に示すように、第２の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０ｃは、円筒状のケーシング２０の底部から流入する流体６０をケーシング２０内で圧縮し、ケーシング２０の上部へ供給する装置であり、圧縮機３０、セパレータ４０およびスラグ破砕格子５０ｃを備えて構成される。この第２の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０ｃは、スラグ破砕格子５０ｃの形状が図１および図２に示したスラグ破砕格子５０と相違することを除けば、第１の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０と同じである。

図５および図６に示すように、第２の実施形態では、スラグ破砕格子５０ｃは、その格子面の一部または全体が流体６０の流れの上流側に向かって凸状に突出したものとなっている。図６に示すように、スラグ破砕格子５０ｃは、例えば、倒立した半円錐の底面および側面に配置された直線状または円弧状の桟により構成され、その格子面の形状は、倒立半円錐のかご状を呈している。

ちなみに、図６に例示したスラグ破砕格子５０ｃは、倒立半円錐の底面部が、図２に示したような横桟と縦桟とからなる格子で構成され、倒立半円錐の側面部が、当該円錐の軸を中心とした円形の桟と当該円錐の頂点を通る直線に沿った直線状の桟とからなる格子で構成されている。このような形状を有するスラグ破砕格子５０ｃの場合、ケーシング２０内の中心部、すなわち、倒立半円錐の底面部では、格子目の大きさは略均一なものとなっている。それに対し、ケーシング２０内の周縁部、すなわち、倒立半円錐の側面部では、その格子目の大きさは周縁部に行くほど大きくなっている。そして、その格子目の大きさを、底面部の格子目の大きさよりも大きくすることができる。

従って、このような形状を有するスラグ破砕格子５０ｃをセパレータ４０の上流側のケーシング２０に配設すると、ケーシング２０の底部から流入する流体６０に含まれる大きなスラグ８０は、スラグ破砕格子５０ｃによって破砕され、その格子目よりも小さなスラグ８０になる。従って、スラグ破砕格子５０ｃの格子目の大きさを適切に定めることにより、スラグ破砕格子５０ｃによって破砕されるスラグ８０の大きさを、セパレータ４０で効率よく分離可能な大きさにすることができる。

また、本実施形態の場合、図４の例の場合と同様に、スラグ破砕格子５０ｃ通過後のスラグ８０の平均的な大きさを、ケーシング２０内の中心部で小さく周辺部で大きくすることができる。従って、本実施形態では、セパレータ４０は、より効率よくスラグ８０を分離することが可能になる。よって、本実施形態では、大きなスラグ８０が圧縮機３０へ流入するのをより効果的に防止することができ、圧縮機３０の破損をより効果的に防止することができるようになる。

なお、図６に示した例では、スラグ破砕格子５０ｃの格子面の形状は、倒立半円錐のかご状であるとしているが、例えば、球面の一部からなるボール（容器）状であるとしてもよい。この場合のスラグ破砕格子５０ｃの形状の例としては、例えば、図４に示したスラグ破砕格子５０ｂの格子面を流体６０の流れの上流側に向かって凸球面状に突出させた形状とすることができる。

（第２の実施形態の変形例）
図７は、本発明の第２の実施形態の変形例に係るダウンホール圧縮装置１０ｄの縦断面構造の例を模式的に示した図である。図７に示すように、本変形例に係るダウンホール圧縮装置１０ｄは、スラグ破砕格子５０ｄの格子面の一部または全体が流体６０の流れの下流側（上部側）に凸状に突出している点で、図５に示した第２の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０ｃと相違している。従って、スラグ破砕格子５０ｄとしては、図６に示した倒立半円錐のかご状のスラグ破砕格子５０ｃを上下反転したものをそのまま用いることができる。

すなわち、本変形例は、第２の実施形態とは、スラグ破砕格子５０ｄの格子面の突出方向が相違しているだけであるので、本変形例でも第２の実施形態と同様の作用効果を奏する。よって、本変形例でも、大きなスラグ８０が圧縮機３０へ流入するのを防止し、圧縮機３０の破損を防止することができる。

＜第３の実施形態＞
図８は、本発明の第３の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０ｅの縦断面構造の例を模式的に示した図である。また、図９は、第３の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０ｅに設けられるスクリュー翼９０の斜視図の例を示した図である。

図８に示すように、第３の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０ｅは、円筒状のケーシング２０の底部から流入する流体６０をケーシング２０内で圧縮し、ケーシング２０の上部へ供給する装置であり、圧縮機３０、セパレータ４０、スラグ破砕格子５０およびスクリュー翼９０を備えて構成される。この第３の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０ｅは、スクリュー翼９０がセパレータ４０の上流側に追加して配設されている点で、図１に示した第３の実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０と相違する。

スクリュー翼９０は、図８および図９に示すように、軸材９１とケーシング２０の内壁との間に配設され、固定される。ここでは、スクリュー翼９０は、４枚で構成されているとし、そのいずれもがケーシング２０の内壁および軸材９１の外壁にケーシング２０の軸方向に対して傾斜するように取り付けられている。従って、ケーシング２０の底部から上昇してくる流体６０は、スクリュー翼９０およびケーシング２０の内壁に沿って斜め上方に流れることとなる。その結果、流体６０は、スクリュー翼９０を通過すると、その中に渦が生じる。ここで、図８に示した渦巻き型のブロック矢印は、流体６０に生じる渦を表し、また、図９に示した太線の矢印は、スクリュー翼９０を通過する流体６０の流れの方向を表している。

以上のようにして、流体６０に渦が生じると、大きい（重い）スラグ８０は、ケーシング２０の周縁側に押しやられ、小さい（軽い）スラグ８０は、ケーシング２０の中心近傍に残る。従って、流体６０がスラグ破砕格子５０を通過すると、とくに大きいスラグ８０は、スラグ破砕格子５０で小さく破砕されるが、セパレータ４０の周縁部には、平均して大きいスラグ８０が流入し、セパレータ４０の中心部には、平均して小さいスラグが流れ込むことになる。

すなわち、セパレータ４０には、セパレータ４０で分離すべきスラグ８０が事前にある程度分離された状態で流入することになるので、セパレータ４０は、スラグ８０をより効率よく分離することが可能になる。従って、本実施形態では、大きなスラグ８０が圧縮機３０へ流入するのをより効果的に防止することができ、圧縮機３０の破損をより効果的に防止することができるようになる。

なお、図８および図９では、スクリュー翼９０の数は、４枚としているが、その数は、４枚には限定されず、何枚であってもよい。また、スクリュー翼９０は、ケーシング２０の内壁と軸材９１の外壁との間に固定されるとしているが、軸材９１は、ないものとしてもよい。

また、本実施形態に係るダウンホール圧縮装置１０ｅでは、図２に示されたスラグ破砕格子５０が用いられているが、スラグ破砕格子５０は、図３〜図６に示した構造のスラグ破砕格子５０ｂ〜５０ｄであってもよい。さらに、横桟５１と縦桟５２とからなる図２に示したようなスラグ破砕格子５０を用いる場合、中心部の格子目５３の大きさを小さくし、周縁部の格子目５３の大きさを大きくしてもよい。

本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。

１０，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ ダウンホール圧縮装置
２０ ケーシング
３０ 圧縮機
４０ セパレータ
５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ スラグ破砕格子
５１，５１ａ，５１ｂ 横桟
５２，５２ａ，５２ｂ 縦桟
５３，５３ａ，５３ｂ 格子目
６０ 流体
７０ ガス
８０ スラグ
９０ スクリュー翼
９１ 軸材

Claims (8)

1. 筒状のケーシング内に配設され、前記ケーシングの一端から取り込んだ流体を前記ケーシング内で圧縮する圧縮機と、
   前記流体の流れの方向に沿って、前記圧縮機の上流側の前記ケーシング内に配設され、前記流体に含まれるスラグを分離して除去するセパレータと、
   前記流体の流れの方向に沿って、前記セパレータの上流側の前記ケーシング内に配設され、前記流体に含まれるスラグのうち自身の格子目よりも大きなスラグを破砕するとともに、前記格子目よりも小さなスラグを含んだ前記流体を通過させるスラグ破砕格子と、
   を備えてなることを特徴とするダウンホール圧縮装置。
2. 前記スラグ破砕格子は、互いに交差する横桟および縦桟からなり、前記横桟および前記縦桟の少なくとも一方は、直線状の板材、棒材または線材により構成されること
   を特徴とする請求項１に記載のダウンホール圧縮装置。
3. 前記スラグ破砕格子は、互いに交差する横桟および縦桟からなり、前記横桟および前記縦桟の少なくとも一方は、波線状の板材、棒材または線材により構成されること
   を特徴とする請求項１に記載のダウンホール圧縮装置。
4. 前記スラグ破砕格子は、互いに交差する横桟および縦桟からなり、前記横桟および前記縦桟の少なくとも一方は、円弧状の板材、棒材または線材により構成されること
   を特徴とする請求項１に記載のダウンホール圧縮装置。
5. 前記スラグ破砕格子は、その格子面が前記流体の流れの上流側に凸状に突出していること
   を特徴とする請求項１に記載のダウンホール圧縮装置。
6. 前記スラグ破砕格子は、その格子面が前記流体の流れの下流側に凸状に突出していること
   を特徴とする請求項１に記載のダウンホール圧縮装置。
7. 前記スラグ破砕格子の格子目の大きさは、前記ケーシング内の中央部に位置する格子目よりも前記ケーシング内の周縁部に位置する格子目のほうが大きいこと
   を特徴とする請求項１に記載のダウンホール圧縮装置。
8. 前記流体の流れの方向に沿って、前記スラグ破砕格子の上流側の前記ケーシング内に配設されて、通過した前記流体に渦を発生させるスクリュー翼を、さらに備えること
   を特徴とする請求項１に記載のダウンホール圧縮装置。

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