JP5399402B2 - クランク付きロッドポンプ装置および方法 - Google Patents
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Description
52 磨きロッド
54 ウェルヘッド
56 炭化水素の井戸
60 ケーシング
62 地下の地層
64 オイルの貯留場所
66 パーフォレーション
68 ダウンホール(底穴)ポンプ装置
70 チュービング
72 液体出口
74 地表面
76 ガス出口
78 固定弁(ダウンホールポンプ装置)
80 移動弁(ダウンホールポンプ装置)
82 ロッドストリング
84 ポンプストローク
100 クランク付きロッドポンプ(CRP)装置
101 ソーラーアレイ
102 機械式のクランクアクチュエータ機構
103 従来の電力網
104 モータ
106 コントロール装置
108 コントローラ
110 モータ駆動装置(モータードライブ)
200 クランク付きロッドポンプ(CRP)装置
202 実質的に鉛直方向の運動
204 ロッド(吸い上げロッドポンプ)
206 ポンプストローク
208 機械式のクランクアクチュエータ機構
210 鉛直可動部材
212 上部クロスバー
214 クランプ
216 モータ
218 フレーム
220 ベース
222 リニアガイドレール
224 リニアガイドレール
226 直交ギアボックス
228 出力軸(直交ギアボックス)
230 上部フレームクロスメンバ
232 モータ取付けブラケット
234 クランク要素
235 追加の取付け点
236 関節リンク要素
238 気圧式のカウンターバランス機構
239 エアシリンダ
240 ピストンロッド(エアシリンダ)
242 ピストン
244 (第1の)流入逆止弁
246 流出逆止弁
248 ポンプシリンダ
250 ピストン(ポンプシリンダ)
252 (第2の)ピストンロッド
254 第2の流入逆止弁
256 貯留キャビティ
258 ポンプキャビティ
260 エアタンク
262 圧力ゲージ(センサ)
264 コントローラ
300 クランク付きロッドポンプ(CRP)装置
306 ポンプストローク
312 上部クロスバー
334 クランク要素
336 関節リンク要素
400 クランク付きロッドポンプ(CRP)装置
406 ポンプストローク
410 鉛直可動部材
416 モータ
418 フレーム
420 直交ギアボックス
430 上部フレームクロスメンバ
434 クランク要素
436 関節リンク要素
[第1の局面]
ポンプストロークを有する吸い上げロッドポンプのロッドに実質的に鉛直方向の往復運動を与えるためのクランク付きロッドポンプ装置であって:
前記吸い上げロッドポンプの前記ロッドに鉛直方向の運動を与え、かつ制御するために、前記吸い上げロッドポンプの前記ロッドに取付けられた実質的に鉛直方向に運動する鉛直可動部材を有する機械式のクランクアクチュエータ機構と;
回転可能要素を有するモータとを備え;
前記モータが有する前記回転可能要素の回転位置と前記機械式のクランクアクチュエータ機構の実質的に鉛直方向に運動する前記鉛直可動部材の前記鉛直方向の運動との間に一定の関係が成立するように前記回転可能要素と前記鉛直可動部材とが機能的に連結されるように構成された;
クランク付きロッドポンプ装置。
[第2の局面]
実質的に一定のインプットパワーによる運転モードで前記モータを運転するために、モータ駆動装置とコントローラとをさらに備える、第1の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第3の局面]
前記クランク付きロッドポンプ装置は実質的に電力貯留要素を有しない、第2の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第4の局面]
前記クランク付きロッドポンプ装置は実質的にパワー貯留要素を有しない、第2の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第5の局面]
前記クランク付きロッドポンプ装置は、前記モータを駆動するための動力の一部または全部を供給するために機能的に取付けられた、ソーラーエネルギ源を有する、第1の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第6の局面]
前記モータを駆動するための唯一の動力源は前記ソーラーエネルギ源であって、前記ソーラーエネルギ源が前記モータの駆動に十分なパワーを生成しているときにのみ前記クランク付きロッドポンプ装置がポンプによる汲み上げをおこなうように設けられた、第5の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第7の局面]
前記機械式のクランクアクチュエータ機構は、井戸のウェルヘッドへの取付けに適したベースを有するフレームと、前記ベースが前記ウェルヘッドに取付けられた状態で前記ベースから鉛直方向の上方に延在する少なくとも2つのリニアガイドレールとをさらに備え、前記鉛直可動部材は前記リニアガイドレールに摺動可能に取付けられ、かつ前記リニアガイドレールによって前記リニアガイドレールに沿って実質的に鉛直方向に往復直線運動をするように拘束されるように構成された、第1の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第8の局面]
前記機械式のクランクアクチュエータ機構は、前記フレームと前記鉛直可動部材との間に機能的に結合された気圧式のカウンターバランス機構をさらに備える、第7の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第9の局面]
前記気圧式のカウンターバランス機構は、前記フレームと前記鉛直可動部材との間に機能的に結合された少なくとも一つのエアシリンダを備え、前記鉛直可動部材の下降ストロークの一部の期間にエネルギを蓄積し、蓄積したエネルギを前記鉛直可動部材の後続する上昇ストロークの一部の期間に放出するように構成された、第8の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第10の局面]
前記少なくとも一つのエアシリンダが前記鉛直可動部材と前記ベースとの間に配置されるように構成された、第9の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第11の局面]
前記クランクアクチュエータ機構は:
一定の駆動比において前記モータの前記回転可能要素と共に回転するように第1の取付け点において前記モータの前記回転可能要素に機能的に結合されたクランク要素と;
関節リンク要素であって、互いに離間して前記関節リンク要素に沿って配置された第1および第2の取付け点を有する前記関節リンク要素とを備え;
前記関節リンク要素の第1の取付け点は、前記クランク要素の第1の取付け点から半径方向の外側方向に偏心して離間する前記クランク要素の第2の取付け点において前記クランク要素にピボット結合されるように構成され;
前記関節リンク要素の第2の取付け点は前記鉛直可動部材にピボット結合されるように構成された;
第7の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第12の局面]
前記関節リンク要素と前記クランク要素とは、前記関節リンク要素と前記ロッド上の前記鉛直可動部材の作用力の作用線とが実質的に整列するように構成された、第11の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第13の局面]
前記関節リンク要素はオフセット部を有するように構成された、第12の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第14の局面]
前記ポンプストロークを変更するために、前記リニアガイドレールに沿った前記鉛直可動部材のストロークを変更するための追加の取付け点を、前記クランク要素および前記関節リンク要素の少なくともいずれか一方が有する、第11の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第15の局面]
前記機械式のクランクアクチュエータ機構は、前記モータの前記回転可能要素と前記クランク要素の第1の取付け点との間に機能的に結合された駆動機構をさらに備える、第11の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第16の局面]
前記ポンプストロークを変更するために、前記リニアガイドレールに沿った前記鉛直可動部材のストロークを変更するための追加の取付け点を、前記クランク要素および前記関節リンク要素の少なくともいずれか一方が有する、第15の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第17の局面]
前記駆動機構は前記ベース上に取付けられた、第15の局面のクランク付きロッドポンプ装置。
[第18の局面]
井戸内に配置されたポンプストロークを有する吸い上げポンプのロッドに実質的に鉛直方向の往復運動を与えることにより、ウォーキングビーム装置を有する炭化水素の井戸の稼動寿命を延長するための方法であって、前記ロッドをウォーキングビーム装置から取り外し、前記ロッドを機能的にクランク付きロッドポンプ装置に接続する方法。
[第19の局面]
前記クランク付きロッドポンプ装置に取り替える前の前記ウォーキングビーム装置の生産率よりも低い生産率で前記クランク付きロッドポンプ装置を運転するようにさらに構成された、第18の局面の方法。
[第20の局面]
前記クランク付きロッドポンプ装置を前記井戸のウェルヘッドに直接取付けるようにさらに構成された、第18の局面の方法。
[第21の局面]
前記ウォーキングビーム装置を前記井戸に隣接する場所に離して置くようにさらに構成された、第18の局面の方法。
[第22の局面]
クランク付きロッドポンプ装置を液体の供給源に機能的に取付ける工程を有する、遠隔の地にある液体の供給源から液体を汲み上げる方法。
[第23の局面]
クランク付きロッドポンプ装置を独立した動力源に取付ける工程をさらに有する、第22の局面の方法。
[第24の局面]
前記独立した動力源はソーラーエネルギ動力源により構成される、第23の局面の方法。
[第25の局面]
前記遠隔の地において前記液体の供給源を提供する工程をさらに有する、第22の局面の方法。
[第26の局面]
前記遠隔の地における前記液体の供給源は液体の井戸によりなり、前記液体の井戸を提供する工程をさらに有する、第25の局面の方法。
[第27の局面]
クランク付きロッドポンプ装置を始動するための方法であって:
モータを回転させるステップと;
回転速度が閾値を下回ると、前記モータの回転方向を反転させるステップと;
前記回転速度が前記閾値を下回らなくなるまで、前記反転させるステップに従って、回転方向の反転を継続するステップとを有する;
方法。
Claims (22)
- ポンプストロークを有する吸い上げロッドポンプのロッドに実質的に鉛直方向の往復運動を与えるためのクランク付きロッドポンプ装置であって:
前記吸い上げロッドポンプの前記ロッドに鉛直方向の運動を与え、かつ制御するために、前記吸い上げロッドポンプの前記ロッドに取付けられた実質的に鉛直方向に運動する鉛直可動部材を有する機械式のクランクアクチュエータ機構と;
回転可能要素を有するモータとを備え;
前記モータが有する前記回転可能要素の回転位置と前記機械式のクランクアクチュエータ機構の実質的に鉛直方向に運動する前記鉛直可動部材の前記鉛直方向の運動との間に一定の関係が成立するように前記回転可能要素と前記鉛直可動部材とが機能的に連結されるように構成され;
前記機械式のクランクアクチュエータ機構は、井戸のウェルヘッドへの取付けに適したベースを有するフレームと、前記ベースが前記ウェルヘッドに取付けられた状態で前記ベースから鉛直方向の上方に延在する少なくとも2つのリニアガイドレールとをさらに備え、前記鉛直可動部材は前記リニアガイドレールに摺動可能に取付けられ、かつ前記リニアガイドレールによって前記リニアガイドレールに沿って実質的に鉛直方向に往復直線運動をするように拘束されるように構成され;
前記機械式のクランクアクチュエータ機構は、前記フレームと前記鉛直可動部材との間に機能的に結合された気圧式のカウンターバランス機構をさらに備える;
クランク付きロッドポンプ装置。 - 前記気圧式のカウンターバランス機構は、前記フレームと前記鉛直可動部材との間に機能的に結合された少なくとも一つのエアシリンダを備え、前記鉛直可動部材の下降ストロークの一部の期間にエネルギを蓄積し、蓄積したエネルギを前記鉛直可動部材の後続する上昇ストロークの一部の期間に放出するように構成された、請求項1のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記少なくとも一つのエアシリンダが前記鉛直可動部材と前記ベースとの間に配置されるように構成された、請求項2のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記クランクアクチュエータ機構は:
一定の駆動比において前記モータの前記回転可能要素と共に回転するように第1の取付け点において前記モータの前記回転可能要素に機能的に結合されたクランク要素と;
関節リンク要素であって、互いに離間して前記関節リンク要素に沿って配置された第1および第2の取付け点を有する前記関節リンク要素とを備え;
前記関節リンク要素の第1の取付け点は、前記クランク要素の第1の取付け点から半径方向の外側方向に偏心して離間する前記クランク要素の第2の取付け点において前記クランク要素にピボット結合されるように構成され;
前記関節リンク要素の第2の取付け点は前記鉛直可動部材にピボット結合されるように構成された;
請求項1乃至請求項3のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置。 - 前記関節リンク要素と前記クランク要素とは、前記関節リンク要素と前記ロッド上の前記鉛直可動部材の作用力の作用線とが実質的に整列するように構成された、請求項4のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記関節リンク要素はオフセット部を有するように構成された、請求項4又は請求項5のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記ポンプストロークを変更するために、前記リニアガイドレールに沿った前記鉛直可動部材のストロークを変更するための追加の取付け点を、前記クランク要素および前記関節リンク要素の少なくともいずれか一方が有する、請求項4乃至請求項6のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記機械式のクランクアクチュエータ機構は、前記モータの前記回転可能要素と前記クランク要素の第1の取付け点との間に機能的に結合された駆動機構をさらに備える、請求項4乃至請求項7のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記駆動機構は前記ベース上に取付けられた、請求項8のクランク付きロッドポンプ装置。
- 実質的に一定のインプットパワーによる運転モードで前記モータを運転するために、モータ駆動装置とコントローラとをさらに備える、請求項1乃至請求項9のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記クランク付きロッドポンプ装置は実質的に電力貯留要素を有しない、請求項1乃至請求項10のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記クランク付きロッドポンプ装置は実質的にパワー貯留要素を有しない、請求項1乃至請求項11のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記クランク付きロッドポンプ装置は、前記モータを駆動するための動力の一部または全部を供給するために機能的に取付けられた、ソーラーエネルギ源を有する、請求項1乃至請求項12のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記モータを駆動するための唯一の動力源は前記ソーラーエネルギ源であって、前記ソーラーエネルギ源が前記モータの駆動に十分なパワーを生成しているときにのみ前記クランク付きロッドポンプ装置がポンプによる汲み上げをおこなうように設けられた、請求項13のクランク付きロッドポンプ装置。
- 前記井戸内に配置される前記ポンプストロークを有する吸い上げポンプのロッドに実質的に鉛直方向の往復運動を与えることにより、ウォーキングビーム装置を有する炭化水素の前記井戸の稼動寿命を延長するための方法であって、前記ロッドを前記ウォーキングビーム装置から取り外し、前記ロッドを機能的に請求項1乃至請求項14のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置に接続する方法。
- 前記クランク付きロッドポンプ装置に取り替える前の前記ウォーキングビーム装置の生産率よりも低い生産率で前記クランク付きロッドポンプ装置を運転するように構成された、請求項15の方法。
- 前記クランク付きロッドポンプ装置を前記井戸のウェルヘッドに直接取付けるように構成された、請求項15又は請求項16の方法。
- 前記ウォーキングビーム装置を前記井戸に隣接する場所に離して置くように構成された、請求項15乃至請求項17のいずれか一項の方法。
- 請求項1乃至請求項14のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置を液体の供給源に機能的に取付ける工程を有する、遠隔の地にある液体の供給源から液体を汲み上げる方法であって;
前記遠隔の地において前記液体の供給源を提供する工程を有し;
前記遠隔の地における前記液体の供給源は液体の前記井戸によりなり、前記液体の井戸を提供する工程をさらに有する;
方法。 - 前記クランク付きロッドポンプ装置を独立した動力源に取付ける工程をさらに有する、請求項19の方法。
- 前記独立した動力源はソーラーエネルギ動力源により構成される、請求項20の方法。
- 請求項1乃至請求項14のいずれか一項のクランク付きロッドポンプ装置を始動するための方法であって:
前記クランク付きロッドポンプ装置のモータを第1の回転方向に回転させるステップと;
前記第1の回転方向への前記モータの回転速度が閾値を下回ると、前記モータの回転方向を前記第1の回転方向とは反対の第2の回転方向に反転させるステップと;
前記モータがフルサイクルにわたって回転することができ、以降、単一回転方向の回転を継続して前記吸い上げロッドポンプの前記ロッドに実質的に鉛直方向の往復運動を与えるまで、前記モータの回転速度が前記閾値を下回ったときに前記第1及び第2の回転方向を順次反転して前記モータを回転するステップとを有する;
方法。
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