JP2020501048A - 電動水中ポンプ用の坑井孔屑処理装置 - Google Patents

Abstract

屑処理組立体を用いて、地下坑井内における電動水中ポンプ組立体内に入る屑の大きさを小さくするためのシステムおよび方法は、内孔を備えた処理装置ハウジングと、内孔の内面に位置するハウジング切削輪郭とを含む。切削刃は処理装置ハウジングの内孔内の回転軸に固定され、切削刃はハウジング切削輪郭の第１の部分と位置合わせされる。ミルは回転軸に固定され、ミルはハウジング切削輪郭の第２の部分と位置合わせされる。環状ミル空間はミルの外面と内孔の内面とにより画定され、環状ミル空間は径方向寸法が下流方向に減少する。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、「Ｗｅｌｌｂｏｒｅ Ｄｅｂｒｉｓ Ｈａｎｄｌｅｒ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ Ｐｕｍｐｓ（電動水中ポンプ用の坑井孔屑処理装置）」という名称の、２０１６年１２月１２日に出願された、同時係属中の米国仮特許出願第６２／４３２，９５３号明細書の優先権および利益を主張するものであり、その全開示内容は、あらゆる目的のために全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、電動水中ポンプに関し、特に、電動水中ポンプ組立体のための屑処理に関する。

自然生産のための十分な内圧が不足した坑井から炭化水素流体を生産する１つの方法は、電動水中ポンプ（ＥＳＰ）などの人工採油法を利用することである。生産用ストリングとして知られる配管または導管のストリングは、生産層に近接する坑井の底部付近に水中ポンプ装置を吊り下げる。水中ポンプ装置は、生産帯流体を回収し、より高い圧力を流体に付与し、そして、加圧された生産帯流体を生産用配管内に吐出するように動作可能である。加圧された坑井孔流体は、圧力差により動かされて、地表に向かって上昇する。

生産操業中に、ＥＳＰの吸入用スクリーンポートよりも大きな屑および異物は、モータおよびプロテクタなどの、上流側構成要素の深刻な浸食摩耗および吸入用スクリーンポートの目詰まりを引き起こす傾向にある。浸食の結果として、ハウジング強度が弱められるとともに、システム故障のリスクが増加する。

閉塞されたポートの蓄積影響により、ポンプ内への流れが減少し、ひいては、地表への生産量が減少する。より多くの屑が吸入用スクリーンを覆い続けるので、入口ポートが閉塞されて流れがＥＳＰに入らなくなる状態に達する。この瞬間に、吸入用スクリーン壁は、吸入口設置深さにおける対応する静圧と同等の破砕圧力にさらされる。一定時間後に、この高圧によりスクリーンが圧潰または陥没する。スクリーンの圧潰は更に、ポンプ羽根車内への更に大きなサイズの異物の移動を加速させ、その結果、羽根車入口および流通間隙が完全に閉塞される。

上記問題の結果は、スクリーン閉塞の段階に応じて致命的な結果となる可能性がある。例えば、生産流れが減少しているスクリーン目詰まりの早期段階では、流量がモータを冷却するのに必要とされる最小値を下回るようなものとなる可能性がある。結果として、この流量の減少に伴って、モータが焼損およびＥＳＰ故障を被る状態までモータの温度が上昇する。その一方で、スクリーンがモータの故障前に圧潰した場合には、ポンプ羽根車入口および流通間隙が閉塞され、ポンプの発熱が増大して高いモータ負荷が発生し、その結果、モータの焼損も生じる。いずれの場合にも、これらの故障の結果、生産遅延が生じ、坑井を改修するために掘削装置を有する必要があり、これにより、最終的に現場資産の操業費が高くなる。

本明細書で開示する実施形態は、屑が生産流体と混合してポンプを通過できるように屑の大きさを実質的に低減するためにＥＳＰの上流側に設置された屑処理装置を含む電動水中ポンプ組立体を提供し、それにより、ＥＳＰの信頼性および運転寿命を向上させるとともに、現場操業費を抑制する。本明細書で説明するシステムおよび方法は、ポンプ目詰まりを最小限に抑えるかまたは防止し、それにより、ポンプ寿命を延長させ、それは上流油田、中流オイルサンド、重油、またはタールサンド操業において特に有用である可能性がある。

本開示の実施形態において、地下坑井内における電動水中ポンプ組立体内に入る屑の大きさを小さくするための屑処理組立体は、処理装置ハウジングを含み、処理装置ハウジングは内孔を備えた略管状部材である。ハウジング切削輪郭は、処理装置ハウジングの内孔の内面に位置する。切削刃は処理装置ハウジングの内孔内の回転軸に固定され、切削刃はハウジング切削輪郭の第１の部分と位置合わせされる。ミルは処理装置ハウジングの内孔内の回転軸に固定され、ミルはハウジング切削輪郭の第２の部分と位置合わせされる。環状ミル空間はミルの外面と内孔の内面とにより画定され、環状ミル空間は径方向寸法が下流方向に減少する。

代替実施形態において、ミルは、ミルの外面に位置する一連のミルカッタ輪郭を有することができる。一連のミルカッタ輪郭は、より長い径方向寸法を外面の上流側領域に有するより長い歯と、より短い径方向寸法を外面の下流側領域に有するより短い歯とを含むことができる。一連のミルカッタ輪郭は、多結晶ダイヤモンド成形体、炭化ケイ素、炭化タングステン、および窒化ホウ素からなる群から選択された硬質材料で形成することができる。ミルは、一連のミルカッタ輪郭の下流側のミルの外面に位置するミル粉砕輪郭を有することができる。

他の代替実施形態において、ミルの外面は、円錐台形状を有することができる。切削刃およびミルは、回転軸に沿って軸方向に間隔を置いて配置することができる。処理装置ハウジングは吸入孔を含むことができ、吸入孔はスクリーン部材を含まない。処理装置ハウジング出口は、ミルの下流側端部から軸方向に間隔を置いて配置することができる。

本開示の代替実施形態において、地下坑井から炭化水素を生産するための電動水中ポンプ組立体は、モータと、ポンプと、モータとポンプの間に位置するシール部とを含む。屑処理組立体はポンプの上流側に位置し、屑処理組立体は処理装置ハウジングを含み、処理装置ハウジングは、内孔を備えた略管状部材である。屑処理組立体はまた、処理装置ハウジングの内孔の内面に位置するハウジング切削輪郭と、処理装置ハウジングの内孔内の回転軸に固定され、ハウジング切削輪郭の第１の部分と位置合わせされる切削刃とを含む。屑処理組立体は、処理装置ハウジングの内孔内の回転軸に固定され、ハウジング切削輪郭の第２の部分と位置合わせされるミルを更に含む。屑処理組立体はまた、ミルの外面と内孔の内面とにより画定され、径方向寸法が下流方向に減少する環状ミル空間を含む。

代替実施形態において、屑処理組立体は、モータの上流側に位置することができる。下部パッカは、坑井孔流体が屑処理組立体の外の電動水中ポンプ組立体を通り過ぎて下流側に進むのを防止するように位置決めすることができる。処理装置ハウジングは、地下坑井内において回転方向に動かないことがあり得る。ミルの外面は、円錐台形状を有することができる。

本開示の別の代替実施形態において、屑処理組立体を用いて、地下坑井内における電動水中ポンプ組立体内に入る屑の大きさを小さくするための方法は、処理装置ハウジングであって、内孔を備えた略管状部材であるとともに、処理装置ハウジングの内孔の内面に位置するハウジング切削輪郭を有する処理装置ハウジングを提供することを含む。回転軸に固定された切削刃を回転させるとともに回転軸に固定されたミルを回転させるために、処理装置ハウジングの内孔内の軸を回転させる。切削刃は、ハウジング切削輪郭の第１の部分と位置合わせされ、かつミルは、ハウジング切削輪郭の第２の部分と位置合わせされる。環状ミル空間はミルの外面と内孔の内面とにより画定され、環状ミル空間は径方向寸法が下流方向に減少する。

他の代替実施形態において、ミルは、より長い径方向寸法を外面の上流側領域に有するより長い歯を含むとともに、より短い径方向寸法を外面の下流側領域に有するより短い歯を更に含む、ミルの外面に位置する一連のミルカッタ輪郭を有することができ、方法は、屑がミルに沿って軸方向に移動するときにハウジング切削輪郭と一連のミルカッタ輪郭とを用いて屑の大きさを徐々に小さくすることを更に含む。

代替実施形態において、方法は、ミルのミル粉砕輪郭を用いて屑を粉砕することを含むことができ、ミル粉砕輪郭はミルカッタ輪郭の下流側に位置する。屑は、屑がハウジング切削輪郭に接触するように切削刃およびミルの回転運動により径方向外方に移動させることができる。屑処理組立体の流出流は、電動水中ポンプ組立体のポンプに向けて導くことができる。流入流は、電動水中ポンプ組立体のポンプおよびモータの上流側の屑処理組立体内に導くことができる。

本開示の実施形態の上述の特徴、態様および利点、ならびに明らかになる他のものが達成され、詳細に理解できるように、本明細書の一部をなす図面に例示された本開示の実施形態の参照により、上で簡潔に要約した本開示のより具体的な説明が与えられ得る。しかしながら、添付の図面は、本開示の好ましい実施形態を単に例示するものに過ぎず、それゆえ、本開示が同等に有効な他の実施形態を認め得るので、本開示の範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意すべきである。

本開示の実施形態に係る、電動水中ポンプ組立体を有する地下坑井の概略断面図である。 本開示の実施形態に係る、電動水中ポンプ組立体を有する地下坑井の概略断面図である。 本開示の実施形態に係る、電動水中ポンプ組立体を有する地下坑井の概略断面図である。 本開示の実施形態に係る、電動水中ポンプ組立体の屑処理装置の概略断面図である。

ここで、本開示の実施形態について、本開示の実施形態を例示する添付の図面を参照しながら以下でより完全に説明する。しかしながら、本開示のシステムおよび方法は、多くの異なる形態で具体化されることがあり、本明細書に記載の例示の実施形態により限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が綿密かつ完全なものになるとともに当業者に本開示の範囲を完全に伝えるように提供される。類似の番号は全体を通じて類似の要素を指し、プライム表記は、使用される場合、代替的な実施形態または位置における同様の要素を表す。

以下の考察では、本開示の完全な理解を与えるために、数多くの具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者には、そのような具体的な詳細なしに本開示の実施形態を実施できることは明らかであろう。追加的に、坑井掘削、貯留層試験、坑井仕上げ、およびその他に関する詳細は、ほとんどの場合、本開示の完全な理解を得るためにそのような詳細が必要であると見なされない限り省略されており、関連技術分野の当業者の技術範囲内であると見なされる。

図１を見ると、地下坑井１０は、坑井孔１２を含む。電動水中ポンプ組立体１４は、坑井孔１２内に位置する。図１の電動水中ポンプ組立体１４は、電動水中ポンプ組立体１４のポンプ１８を駆動するために使用されるモータ１６を含む。モータ１６の特定の要素は、モータ１６の要素を収納する内部空洞を画定する側壁を備えた略円筒状部材であるモータハウジング内に収められる。

地下坑井１０は、図１〜図３の例示的な実施形態では略垂直坑井として示されている。それゆえ、本明細書で使用される場合、上流側という用語は、下流側であると説明される位置よりも地下坑井内において軸方向に低い位置を定義するために使用される。地下坑井１０が、傾斜坑井または水平坑井など、垂直ではない代替実施形態において、上流側という用語は、下流側であると説明される位置よりも、地下坑井内において、坑井流体の流体流れに沿って測定される、地表面から遠い位置を、そのような位置の軸方向相対位置にかかわらず、定義するために使用される。

ポンプ１８は、例えば、遠心ポンプとすることができる。ポンプ１８の特定の要素は、ポンプ１８の要素を収納する内部空洞を画定する側壁を備えた略円筒状部材であるポンプハウジング内に収められる。ポンプ１８は、羽根車とディフューザとで構成される、段からなることができる。回転する羽根車は、水頭をもたらすように流体にエネルギーを加え、これに対して、固定されたディフューザは、羽根車からの流体の運動エネルギーを水頭に変換する。ポンプ段は、通常、直列に積み重ねられて、ポンプハウジング内に収容される多段システムを形成する。個々の各段により生じる水頭の合計は累積的であり、よって、多段システムにより発生する全水頭は、第１段から最終段に直線的に増加する。

モータ１６とポンプ１８との間にはプロテクタ２０が存在する。プロテクタ２０は、電動水中ポンプ組立体１４内の圧力を坑井孔１２の圧力と均一にするために使用することができる。プロテクタ２０はまた、ポンプ１８からのスラスト荷重を吸収し、モータ１６からポンプ１８に動力を伝達し、温度が変化したときに追加のモータ油を提供しかつ受け取り、ならびに坑井流体がモータ１６内に入るのを防止することができる。プロテクタ２０の位置に応じて、プロテクタ２０はまた、屑処理組立体３２から生じるいかなるスラスト荷重および軸荷重も吸収し、このような荷重がモータ１６に伝わるのを防止することができる。プロテクタ２０の特定の要素は、プロテクタ２０の要素を収納する内部空洞を画定する側壁を備えた略円筒状部材であるシール部ハウジング内に収められる。

図１〜図２の例示的な実施形態において、電動水中ポンプ組立体１４は、配管２２を用いて坑井孔１２内に吊り下げられる。配管２２は、地下坑井１０内に延びる細長い管状部材である。配管２２は、例えば、炭素鋼材料、炭素繊維管、または他の種類の耐食性合金もしくはコーティングで形成された生産用配管とすることができる。図３の例示的な実施形態において、電動水中ポンプ組立体１４は、動力ケーブル２４を用いて配管２２内に吊り下げられる。

図２を見ると、上部パッカ２６は、電動水中ポンプ組立体１４の下流側に位置することができ、かつ配管２２の外径と坑井孔１２の表面との間にシールを形成することができる。上部パッカ２６は、地下坑井１０の一部分を地下坑井１０の隣接部分から隔てることができる。

図１を見ると、モータ１６は、電動水中ポンプ組立体１４の上流側端部に位置する部材である。プロテクタ２０は、モータ１６に隣接してモータ１６の下流側に位置する。ポンプ１８は、プロテクタ２０の上流側にあり、かつポンプ１８の吐出口は、配管２２と流体連通する。図１の例示的な実施形態において、屑処理組立体３２は、ポンプ１８とプロテクタ２０との間に位置する。図１の実施形態において、屑処理組立体３２は、径方向を向いた吸入口と、軸方向を向いた吐出口とを有する。代替実施形態において、屑処理組立体３２は、軸方向を向いた吸入口と、径方向を向いた吐出口とを有することができ（図２）、または屑処理組立体３２は、軸方向を向いた吸入口と、軸方向を向いた吐出口とを有することができ（図示せず）、または屑処理組立体３２は、径方向を向いた吸入口と、径方向を向いた吐出口とを有することができる（図示せず）。

図２の代替実施形態を見ると、スティンガ２８は、電動水中ポンプ組立体１４の上流側端部に位置する。スティンガ２８は、特定の開発の流量要件に応じて異なる直径を有することができる。スティンガ２８は、下部パッカ組立体３０により包囲される。図２の例において、下部パッカ組立体３０は、スティンガ２８の外径と坑井孔１２の表面とに係合する。下部パッカ組立体３０は、坑井孔流体の流れおよび坑井孔流体に含まれる屑が先に屑処理組立体３２を通過せずに電動水中ポンプ組立体１４を通り過ぎて下流側に進むのを防止する。坑井孔流体に含まれる屑と共に、坑井孔流体の流れは、図では併せてＦと表示されている。流体Ｆは、坑井孔１２に隣接する層から坑井孔１２内に入る。流体Ｆは、ポンプ１８内で加圧されて、配管２２を通って地表面にある坑口組立体へと上方に進む。

第１のプロテクタ２０は、屑処理組立体３２に隣接して屑処理組立体３２の上流側に位置する。図２の実施形態において、屑処理組立体３２は、軸方向を向いた吸入口と、径方向を向いた吐出口とを有する。モータ１６および第２のプロテクタ２０は、第１のプロテクタ２０に隣接して順に位置する。吸入口３４は、第２のプロテクタ２０に隣接して第２のプロテクタ２０の上流側に位置し、かつポンプ１８と流体連通する。

図３の代替実施形態を見ると、屑処理組立体３２は、電動水中ポンプ組立体１４の上流側端部に位置する。図３の実施形態において、屑処理組立体３２は、径方向を向いた吸入口と、軸方向を向いた吐出口とを有する。下部パッカ組立体３０は、内側下部パッカ３０ａと、外側下部パッカ３０ｂとを含む。内側下部パッカ３０ａは、屑処理組立体３２に隣接する電動水中ポンプ組立体１４の領域を包囲する。図３の例では、内側下部パッカ３０ａが、ポンプ１８を包囲した状態で示されている。代替実施形態において、下部パッカ３０ａは、吐出口３６の下流側にある電動水中ポンプ組立体１４の別の要素を包囲することができる。内側下部パッカ３０ａは、電動水中ポンプ組立体１４と配管２２との間の環状部を封止する。外側下部パッカ３０ｂは、配管２２と坑井孔１２の表面との間の環状部を封止する。下部パッカ組立体３０は、坑井孔流体の流れおよび坑井孔流体に含まれる屑が先に屑処理組立体３２を通過せずに電動水中ポンプ組立体１４を通り過ぎて下流側に進むのを防止する。

ポンプ１８は、屑処理組立体３２に隣接して屑処理組立体３２の下流側にある。流体Ｆは、ポンプ１８を通過した後に、吐出口３６から吐出され、電動水中ポンプ組立体１４と配管２２との間の環状部内に入る。プロテクタ２０およびモータ１６は、吐出口３６に隣接して吐出口３６の下流側に連続して位置する。ケーブルアダプタ３８は、動力ケーブル２４をモータ１６に固定して、動力ケーブル２４がモータ１６に電力を供給することを可能にする。

図４を見ると、屑処理組立体３２が更に詳細に示されている。屑処理組立体３２は、ボルト締め型とすることができ、または電動水中ポンプ組立体１４の他の要素と一体に形成することができる。屑処理組立体３２は、処理装置ハウジング４０を含むことができる。処理装置ハウジング４０は、内孔を備えた略管状部材とすることができる。吸入孔４２は、流体Ｆが処理装置ハウジング４０の内孔に流入できるように処理装置ハウジング４０の側壁を貫通して延びることができる。吸入孔４２は、処理装置ハウジング４０の内孔に屑が、より大きな屑成分でさえ、吸入孔４２を閉塞せずに容易に流入できるようにスクリーン部材を含まない。

ハウジング切削輪郭４４は、処理装置ハウジング４０の内孔の内面に位置する。ハウジング切削輪郭４４は、処理装置ハウジング４０の内孔の内面から径方向内方に延びる一連の刃または歯形状の突起を含むことができる。ハウジング切削輪郭４４が十分な切削効率をもたらす限り、ハウジング切削輪郭４４は、様々な大きさ、形状およびパターンを有することができる。例として、ハウジング切削輪郭４４は、あまり尖っていない歯を備えたハウジング切削輪郭と比較してより良好な切削能力のより尖った歯を有することができるが、歯輪郭の基部は、切削輪郭４４にかかる荷重に耐えるのに十分に幅広である。

ハウジング切削輪郭４４は、はるかに小さな片に砕かれた屑および他の異物による摩耗、浸食および流体負荷に耐えるのに十分に強固でかつ強靭になるように硬化された材料で形成することができる。ハウジング切削輪郭４４は、それゆえ、例えば、多結晶ダイヤモンド成形体、炭化ケイ素、炭化タングステン、または窒化ホウ素などの、高耐摩耗性および耐食性材料である材料で形成することができる。

屑処理組立体３２はまた、切削刃４６を含む。切削刃４６は、処理装置ハウジング４０の内孔内の回転軸４８に固定される。回転軸４８は、モータ１６により回転させることができる。回転軸４８は、モータ１６と同じ回転速度で回転することができる。代替実施形態では、回転軸４８がモータ１６と異なる回転速度で回転できるように、クラッチ機構を備えた手動ギヤボックスまたは自動フレックスドライブ（Ｆｌｅｘｄｒｉｖｅ）システムを組み込むことができる。そのような実施形態において、ギヤボックス周囲の流体の流れは、この熱を放散するのに十分であり、かつ有効な動作のためにギヤボックス機構を適切に保冷する。

切削刃４６は、ハウジング切削輪郭４４の第１の部分と軸方向に位置合わせされる。切削刃４６は、処理装置ハウジング４０の内孔の内面の直径よりも小さい最大外径を有する。切削刃４６が回転すると、切削刃４６は、屑をより小さな片にスライスする剪断および切削効果を付与する。同時に、切削刃４６は屑の切断片に旋回運動を与え、この切断片は、屑の大きさが剪断および破断作用により更に低減される、ハウジング切削輪郭４４の鋭利な縁部に向かって径方向外方に移動する。切削刃４６が切削輪郭４４との組み合わせで十分な切削効率をもたらし、かつ切削刃４６にかかる荷重に耐えることができる限り、切削刃４６は、様々な大きさ、形状およびパターンを有することができる。

切削刃４６は、はるかに小さな片に砕かれた屑および他の異物による摩耗、浸食および流体負荷に耐えるのに十分に強固でかつ強靭になるように硬化された材料で形成することができる。切削刃４６は、それゆえ、例えば、多結晶ダイヤモンド成形体、炭化ケイ素、炭化タングステン、または窒化ホウ素などの、高耐摩耗性および耐食性材料である材料で形成することができる。

屑処理組立体３２はミル５０を更に含む。ミル５０は、処理装置ハウジング４０の内孔内の回転軸４８に固定される。切削刃４６およびミル５０は、回転軸４８に沿って軸方向に間隔を置いて配置される。ミル５０は、ハウジング切削輪郭４４の第２の部分と位置合わせされる。ミル５０は、ミル５０の外面に位置する一連のミルカッタ輪郭５２を有することができる。一連のミルカッタ輪郭５２は、より長い径方向寸法を外面の上流側領域に有するより長い歯５４と、より短い径方向寸法を外面の下流側領域に有するより短い歯５６とを有することができる。ミルカッタ輪郭５２が十分な切削効率をもたらす限り、ミルカッタ輪郭５２は、様々な大きさ、形状およびパターンを有することができる。例として、ミルカッタ輪郭５２は、あまり尖っていない歯を備えたミルカッタ輪郭と比較してより良好な切削能力のより尖った歯を有することができるが、歯輪郭の基部は、ミルカッタ輪郭５２にかかる荷重に耐えるのに十分に幅広でなければならない。

一連のミルカッタ輪郭５２は、はるかに小さな片に砕かれた屑および他の異物による摩耗、浸食および流体負荷に耐えるのに十分に強固でかつ強靭になるように硬化された材料で形成することができる。一連のミルカッタ輪郭５２は、それゆえ、例えば、多結晶ダイヤモンド成形体、炭化ケイ素、炭化タングステン、または窒化ホウ素などの、高耐摩耗性および耐食性材料である材料で形成することができる。

環状ミル空間５８は、ミル５０の外面と、処理装置ハウジング４０の内孔の内面とにより画定される。環状ミル空間５８は、径方向寸法が下流方向に減少し、それにより、目詰まりを起こさずに大きな屑片を収容するための漏斗状空洞を形成する。屑が漏斗状の環状ミル空間５８内のより小さな面積の領域内に移動したときに、屑は、屑の大きさを更に低減する、更なる切削、剪断および破断を受ける。環状ミル空間５８の形状を画定するために、ミル５０の外面は、円錐台形状を有することができる。代替実施形態では、ミル５０の外面が円筒形状を有することができ、その代わりに、処理装置ハウジング４０の内孔の内面が円錐台形状を有することができる。

ミル５０はまた、ミル粉砕輪郭６０を有することができる。ミル粉砕輪郭６０は、ミル５０の外面と、一連のミルカッタ輪郭５２の下流側の、処理装置ハウジング４０の内孔の内面とに位置する。ミルカッタ輪郭５２とミル粉砕輪郭６０の両方は、回転軸４８にまたは回転軸４８の一部に装着される中実部材の一体要素とすることができる。ミル粉砕輪郭６０は、ミル粉砕輪郭６０の表面間を通る屑を細かく砕くために互いに十分に近接する平行でかつ粗面化された硬質表面で構成することができる。

ミル粉砕輪郭６０は、はるかに小さな片に砕かれた屑および他の異物による摩耗、浸食および流体負荷に耐えるのに十分に強固でかつ強靭になるように硬化された材料で形成することができる。ミル粉砕輪郭６０は、それゆえ、例えば、多結晶ダイヤモンド成形体、炭化ケイ素、炭化タングステン、または窒化ホウ素などの、高耐摩耗性および耐食性材料である材料で形成することができる。

極めて小さなサイズの屑を有する流体Ｆは、ミル粉砕輪郭６０を通過した後に、処理装置ハウジング出口６２を通過する。処理装置ハウジング出口６２は、流体Ｆが処理装置ハウジング４０の外に出るときにもはや回転しなくなるように、ミル５０の下流側端部から軸方向に間隔を置いて配置される。屑処理組立体３２は、径方向または軸方向を向いた吸入口と、径方向または軸方向を向いた吐出口とを有することができる。図４の実施形態において、屑処理組立体３２は、径方向を向いた吸入口と、軸方向を向いた吐出口とを有する。図４は単段型システムとして示されているが、単一の電動水中ポンプ組立体１４において２つ以上の屑処理組立体３２を利用して、多段型屑処理システムを形成することができる。本明細書ではＥＳＰシステムと共に使用するように説明されているが、屑処理組立体３２はまた、ガス処理装置などの、代替システムと共に使用することもできる。

動作例では、大きな屑物質を含む流体Ｆが、大きな吸入孔４２を通って屑処理組立体３２内に入る。屑が切削刃４６に接触すると、切削刃４６は、屑をより小さな片にスライスする剪断および切削効果を付与する。同時に、切削刃４６は切断片に旋回運動を与え、この切断片は、屑の大きさが剪断および破断作用により更に低減される、ハウジング切削輪郭４４の鋭利な縁部に向かって径方向外方に移動する。

次いで、更に小さなサイズの屑を有する流体Ｆが、漏斗状の環状ミル空間５８内における第１の組の一連のミルカッタ輪郭５２に移動する。環状ミル空間５８内にある、これらの第１の組のカッタは、屑に対する切削効果を与え、屑を徐々に下流側に移動させる。更に、一連のミルカッタ輪郭５２の旋回運動により、屑がハウジング切削輪郭４４に押し付けられ、ここで更なる剪断が発生する。屑が、その後、漏斗状の環状ミル空間５８の狭い領域に徐々に移動するにつれて、屑が、漏斗状の環状部内のより小さな面積の領域に入り、ここで屑が、屑の大きさを更に低減する、更なる切削、剪断および破断を受ける。

流体Ｆと屑との混合物が、漏斗状の環状ミル空間５８から離れて、ミル粉砕輪郭６０を通り過ぎ、ここで、屑の大きさが、ポンプ１８を含む、電動水中ポンプ組立体１４の残りの部分を通過するのに十分に細かく砕かれる。細かく砕かれた屑は、坑井流体Ｆと完全に混合する。次いで、細かく砕かれた屑を有する坑井流体Ｆは、ミル粉砕輪郭６０の外に出て、処理装置ハウジング出口６２に向かって移動し、この処理装置ハウジング出口６２は、流体Ｆが屑処理組立体３２の外に出て電動水中ポンプ組立体１４の別の構成要素内に入る前に旋回しないことを確実にするために、ミル粉砕輪郭６０から軸方向に間隔を置いて適切に配置される。旋回しない流れは、より高い全動的水頭を発生させるために、例えばポンプ１８内の第１の羽根車の上流側において重要である。

本明細書で説明する実施形態では、大きなゴム片などの、大きな屑物質が、吸入孔４２を通過する場合に、ミル５０が、閉塞されずに、切削刃４６を通り過ぎる全ての屑を収容できるように、切削刃４６は、そのような大きな片を処理して屑の大きさを低減するような大きさおよび向きとされる。加えて、環状ミル空間５８の漏斗状形状は、ミル５０が比較的大きな屑を上流側端部において受け入れて閉塞されずに屑の大きさを徐々に低減することを可能にする。

屑が屑処理組立体３２の外に出たときには、屑は、閉塞を生じさせずにまたはポンプ１８を損傷させずにポンプ１８の羽根を通過できるように十分に小さい。ポンプ１８は混合物を加圧し、この混合物は、従来の工程では、生産用配管を通って地表へと流れる。地表では、流体Ｆを処理して、従来のシステムにおける現行の手順と同様の方式で、坑井流体をいかなる小さな屑からも分離することができる。

細かく砕かれた屑の大きさが十分に小さいため、屑を含む流体Ｆの混合された混合物には吸入ポートを目詰まりさせ得る微粒子が含まれず吸入用スクリーンは必要ないので、ポンプ１８の吸入口は、吸入用スクリーンを有さなくてもよい。スクリーンがないことにより、材料費と人件費の両方が削減される。ポンプ１８に吸入用スクリーンを有さない別の利点は、流体Ｆがポンプ吸入口を通り抜けるときに生じる圧力降下を排除し、それによりシステム効率を向上させることにある。作業者が、スクリーンを備えた吸入口を依然として有することを決定した場合には、スクリーンは、冗長な構成要素としての役割を果たす。ポンプに吸入用スクリーンがないことは、図２に示されるような、屑処理装置がポンプの上流側にある、２パッカ型構成での選択肢として適切である。

それゆえ、本明細書に開示するように、システムおよび方法の実施形態は、吸入用スクリーン圧潰のリスクがほとんどまたは全くないＥＳＰ解決策を提供する。ポンプ目詰まりの可能性が排除され、それにより、ＥＳＰ寿命を延長させるとともに、改修費を発生させる可能性がある、流れがないことまたは過負荷故障に起因してモータが高温になるのを防止する。加えて、システム内への導入流れの逆転など、流れ方向が軸方向において変化する設備と比較して圧力損失が低減されるとともにシステム効率が向上する。更に、屑処理組立体３２がモータおよびプロテクタの上流側にある特定の実施形態では、大きく、硬質でかつ縁の鋭利な屑がそのような要素を流過することによる損傷が低減されている。結果として、ＥＳＰシステム全体の信頼性が高まり、かつ資産耐用期間の操業費が低減される。

それゆえ、本明細書で説明する本開示の実施形態は、目的を果たし、言及した目標および利点ならびに本明細書に固有の他のものを達成するように良好に構成される。本開示の現時点で好ましい実施形態が開示の目的で与えられているが、所望の結果を達成するための手順の細部には数多くの変更点が存在する。これらおよび他の同様の修正は、それ自体を当業者に容易に連想させるものであり、本開示の趣旨および添付の特許請求の範囲内に含まれるように意図されている。

Claims (22)

1. 地下坑井内における電動水中ポンプ組立体内に入る屑の大きさを小さくするための屑処理組立体であって、
   内孔を備えた略管状部材である処理装置ハウジングと、
   前記処理装置ハウジングの前記内孔の内面に位置するハウジング切削輪郭と、
   前記処理装置ハウジングの前記内孔内の回転軸に固定され、前記ハウジング切削輪郭の第１の部分と位置合わせされる切削刃と、
   前記処理装置ハウジングの前記内孔内の前記回転軸に固定され、前記ハウジング切削輪郭の第２の部分と位置合わせされるミルと、
   前記ミルの外面と前記内孔の前記内面とにより画定され、径方向寸法が下流方向に減少する環状ミル空間と、
   を含む、屑処理組立体。
2. 前記ミルが、前記ミルの前記外面に位置する一連のミルカッタ輪郭を有する、請求項１に記載の屑処理組立体。
3. 前記一連のミルカッタ輪郭が、より長い径方向寸法を前記外面の上流側領域に有するより長い歯を含むとともに、より短い径方向寸法を前記外面の下流側領域に有するより短い歯を更に含む、請求項２に記載の屑処理組立体。
4. 前記一連のミルカッタ輪郭が、多結晶ダイヤモンド成形体、炭化ケイ素、炭化タングステン、および窒化ホウ素からなる群から選択された硬質材料で形成される、請求項２または３に記載の屑処理組立体。
5. 前記ミルが、前記一連のミルカッタ輪郭の下流側の前記ミルの前記外面に位置するミル粉砕輪郭を有する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の屑処理組立体。
6. 前記ミルの前記外面が円錐台形状を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の屑処理組立体。
7. 前記切削刃および前記ミルが、前記回転軸に沿って軸方向に間隔を置いて配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の屑処理組立体。
8. 前記処理装置ハウジングが吸入孔を含み、前記吸入孔がスクリーン部材を含まない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の屑処理組立体。
9. 処理装置ハウジング出口が、前記ミルの下流側端部から軸方向に間隔を置いて配置される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の屑処理組立体。
10. 前記屑処理組立体が、径方向を向いた吸入口と、軸方向を向いた吐出口とを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の屑処理組立体。
11. 前記屑処理組立体が、軸方向を向いた吸入口と、径方向を向いた吐出口とを有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の屑処理組立体。
12. 地下坑井から炭化水素を生産するための電動水中ポンプ組立体であって、
    モータと、ポンプと、前記モータと前記ポンプとの間に位置するシール部と、
    前記ポンプの上流側に位置する屑処理組立体であって、
    内孔を備えた略管状部材である処理装置ハウジングと、
    前記処理装置ハウジングの前記内孔の内面に位置するハウジング切削輪郭と、
    前記処理装置ハウジングの前記内孔内の回転軸に固定され、前記ハウジング切削輪郭の第１の部分と位置合わせされる切削刃と、
    前記処理装置ハウジングの前記内孔内の前記回転軸に固定され、前記ハウジング切削輪郭の第２の部分と位置合わせされるミルと、
    前記ミルの外面と前記内孔の前記内面とにより画定され、径方向寸法が下流方向に減少する環状ミル空間と、
    を含む、前記屑処理組立体と、
    を備える、前記電動水中ポンプ組立体。
13. 前記屑処理組立体が前記モータの上流側に位置する、請求項１２に記載の電動水中ポンプ組立体。
14. 坑井孔流体が前記屑処理組立体の外の前記電動水中ポンプ組立体を通り過ぎて下流側に進むのを防止するように位置決めされた下部パッカを更に含む、請求項１２または１３に記載の電動水中ポンプ組立体。
15. 前記処理装置ハウジングが、前記地下坑井内において回転方向に動かない、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の電動水中ポンプ組立体。
16. 前記ミルの前記外面が円錐台形状を有する、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の電動水中ポンプ組立体。
17. 屑処理組立体を用いて、地下坑井内における電動水中ポンプ組立体内に入る屑の大きさを小さくするための方法であって、
    処理装置ハウジングであって、内孔を備えた略管状部材であるとともに、前記処理装置ハウジングの前記内孔の内面に位置するハウジング切削輪郭を有する前記処理装置ハウジングを提供することと、
    回転軸に固定された切削刃を回転させるとともに前記回転軸に固定されたミルを回転させるために、前記処理装置ハウジングの前記内孔内の軸を回転させることとを含み、
    前記切削刃が前記ハウジング切削輪郭の第１の部分と位置合わせされ、かつ前記ミルが前記ハウジング切削輪郭の第２の部分と位置合わせされ、
    環状ミル空間が前記ミルの外面と前記内孔の前記内面とにより画定され、前記環状ミル空間は径方向寸法が下流方向に減少する、
    方法。
18. 前記ミルが、より長い径方向寸法を前記外面の上流側領域に有するより長い歯を含むとともに、より短い径方向寸法を前記外面の下流側領域に有するより短い歯を更に含む、前記ミルの前記外面に位置する一連のミルカッタ輪郭を有し、前記方法は、前記屑が前記ミルに沿って軸方向に移動するときに前記ハウジング切削輪郭と前記一連のミルカッタ輪郭とを用いて前記屑の大きさを徐々に小さくすることを更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ミルのミル粉砕輪郭を用いて前記屑を粉砕することを更に含み、前記ミル粉砕輪郭がミルカッタ輪郭の下流側に位置する、請求項１７または１８に記載の方法。
20. 前記屑が前記ハウジング切削輪郭に接触するように前記切削刃および前記ミルの回転運動により前記屑を径方向外方に移動させることを更に含む、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記屑処理組立体の流出流を前記電動水中ポンプ組立体のポンプに向けて導くことを更に含む、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 流入流を前記電動水中ポンプ組立体のポンプおよびモータの上流側の前記屑処理組立体内に導くことを更に含む、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の方法。

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