JP5620909B2 - 液体用ロッドポンプ - Google Patents
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Description
本願は、2008年6月30日に出願された米国仮特許出願第61/133,373号(液体用ロッドポンプ)および2008年11月21日に出願された米国仮特許出願第61/199,853号(液体用ロッドポンプ)の優先権を主張し、これらの明細書および特許請求の範囲は本願に援用される。
また、上記本発明の方法を実施する装置は、廃棄ゾーンから生産ゾーンを隔離する装置は、穴内の一のゾーンを穴内の別のゾーンから隔離もしくは分離するパッカーであり、プランジャのストロークの間に、生産流体を前記生産ゾーンから生産システムに移動させるステップを実施する装置は、一または複数のプランジャとパイプと含む、少なくとも部分的に井戸内にあるダウンホール装置と、前記ダウンホール装置内で前記一または複数のプランジャを動かす動力流体と、前記井戸の地表に移動される生産流体と、前記ダウンホール装置にまたはこのダウンホール装置の近くに設置され、前記井戸から前記パイプを除去するときに前記パイプ内に含まれる前記動力流体を放出するためのバルブと、から成り、前記生産流体を前記生産ゾーンから生産システムに移動させる前記ステップと同じストロークの間に、廃棄流体を前記廃棄ゾーンに移動させるステップを実施する装置は、前記一または複数のプランジャであって、該プランジャが、このプランジャのストロークの間に、前記生産ゾーンからの生産流体を生産システムに移動させ、同じストロークの間に、前記廃棄流体を前記廃棄ゾーンに移動させることを特徴とするものである。
本発明の実施形態は、配管(好ましくは約2〜5インチの配管、より好ましくは約2イ
ンチ3/8または2インチ7/8)を備えるダウンホール装置を用いる従来の油田装置に
取り付けることができる。より細い配管(好ましくは0.25〜2インチの配管、より好
ましくは管内径が約1インチまたはそれ以下(可撓性管もしくは硬質管))が、生産用の
環状領域を作るためにより大きな配管に挿入される。好ましくは、ダウンホール装置は従
来の精密公差の筒体(バレル)およびプランジャを用いており、上方へのアンバランスを
有し、これによりダウンホール装置は往復運動をしないときにそのストロークの頂部に留
まることができる。ポンプジャッキとは異なり、このポンプ技術によって、ダウンホール
装置が長く遅いストロークまたは短く速いストロークでポンプすることができる。流体置
換コンセプトを用いることによって、本発明のダウンホール装置は地表からこのダウンホ
ール装置の1対1の置換比率を必要としない。
戸から生産流体を除去するための装置である。この装置は、廃棄ゾーンから生産ゾーンを
分離するためのパッカーと、(プランジャの)ストロークの間に生産ゾーンから生産シス
テムに生産流体を移動させるプランジャを含む。このプランジャはこのプ
ランジャの同じストロークの間に廃棄流体を廃棄ゾーン内にも移動させる。よって、生産
流体はプランジャの同じストロークにおいて廃棄される。この実施形態は、流れの中に微
粒子が入らないことを確実にするために生産流体を逆流するためのスクリーンフィルタを
任意で含むことができる。
図1を参照すると、地表にあるパワーパック10は、作動流体のクローズドシステムであることが好ましい。この作動流体は液圧ポンプ14からの力をパルサー18に伝達させるために用いられ、これらの両方は井戸の表面にあるいは表面近くにあることが好ましい。好適な一実施形態において、作動流体は、動力流体と混じり合わない。動力流体はパルサー18からのエネルギーを伝達し、ダウンホール装置200に下降圧力を加える(図2を参照)。この実施形態において、作動流体は生産流体とも混じり合わない。生産流体は、本発明の実施形態を用いて、地下層から地表に汲み上げられる生産物である。動力流体もクローズドシステムであることが好ましい。この動力流体は実際にダウンホール装置200を移動させ、一実施形態においてはほぼ水からなる。水は実質的に非圧縮性であるため、圧力が直にダウンホール装置200に非常に高効率でかつ圧縮がほとんどなく伝達される。予期せぬ流体の損失が生じた場合、動力流体ピストン40がリセットポジションに戻ることで真空状態を作り、動力管204内の流体の間隙を埋める。
図3を参照すると、本発明の一実施形態は、パワーパック300およびパルサー312を備えている。ダウンホール装置302および304は一の地表ユニット(すなわちパワーパック300およびパルサー302)でのみ動作することが好ましく、これによりパルサー312の効率を更に向上させる。一の構成において、パワーパック300を用いるとき、パルサー312は2つ以上の井戸を汲み上げるのに用いることができる。この実施形態において、ピストン306および308は前後に往復し、これによりダウンホール装置302および304の両方の下降工程(ダウンストローク)において生産流体を回収する。そして生産流体はリザーバタンク314内の作動流体を冷却するために用いられ、同時にこの生産流体はタンク316に送られる前に生産流体内の油と水の分離を容易にするために暖められる。
図4および図5A〜図5Bを参照すると、本発明の別の実施形態は、パルサー402およびダウンホール装置500を備えており、このダウンホール装置500は井戸内の一のゾーンから流体の生産を回収することを可能にすると同時にこの井戸内の第2のゾーン内の不要な流体を廃棄する能力を有する。この実施形態において、一旦プランジャ527が底付きすると、動力管504内の圧力が上昇し、圧力リリーフバルブ522を開け、不要な動力流体をパッカー508を介して、不要な流体を廃棄するために適した隔離されたゾーン内に移動させる。全ての不要な流体が廃棄ゾーン526内に廃棄されると、動力流体ピストン422はエンドキャップ426に対して当接し、圧力の更なる上昇を生じ、パルサー420を反転させるようにシーケンスシステムを起動させ、次のサイクルのためにバルブ430を開けることによって更なる動力流体を引き込む。パルサー402は2つのレベルの作動圧を有し、一方の圧力レベルは地下層から生産流体を回収するためのものであり、他方の圧力レベルは不要な流体を廃棄するためのものである。
本発明の実施形態は限界井戸を再び実用可能なものとする。限界井戸は、エネルギーを多く必要としかつ保守費用が高いため生産から撤退される井戸である。限界井戸は本発明の実施形態のパルサーを用いることによって再び収益を上げることができる。
本発明の実施形態は浅井戸から流体を回収することもできる。好ましくは電力が得られない遠隔地において可撓性ラインおよび液圧リールが用いられる。一実施形態において、小さなパワーパックをリールを備えた滑材(skid)に搭載することができ、これにより滑車を使用することなしにパルサー装置を非常に短時間で取り付けることができる。
本発明のパルサーは、屈曲した井戸でも汲み上げることができ、地表からダウンホール装置までの穴の中に配置された配管を磨耗させることがない。
本発明の一実施形態は、地下層からオフセットされて掘削された井戸内で用いることができる。本発明の実施形態は広い面積においても汲み上げを行なうことができ、垂直の下げ穴もしくはあらゆる角度の下げ穴において汲み上げを行なうことができる。現在、水平掘削のニーズが高く、かつエネルギーコストが高いため、本発明の実施形態は垂直に設置することも水平まで角度をつけて設置することもできるため、市場において大きな利点を上げる。
本発明の更なる実施形態はダウンホール装置におけるストロークの往路および復路の両方でポンピングを行なうことができ、これにより効率が向上し、太陽エネルギーおよび風力エネルギーを用いる用途において理想的な設計を提供する。
本発明の一実施形態は、ダウンホール装置内に砂および他の小さな異物が蓄積するのを防ぐユニークな濾過システムを備えている。従来の下げ穴ポンプ技術においてポンプ濾過システムの大きな問題の一つは、小さい格子状のフィルタが下げ穴ポンプに設けられる場合に、異物がこのフィルタを詰まらせてしまう傾向にあり、流体がポンプ内に流れるのを妨げてしまうことである。もし大きな格子がダウンホール装置に配置されると、このフィルタは砂および小さな異物をポンプ内に入れてしまい、ダウンホール装置内に磨耗を生じさせる。好ましくは、本発明のこの実施形態は、ポンプの各サイクルにおいてフィルタを逆流させ、これにより、より小さな格子状のフィルタが詰まることなく取り付けられる。更にこの実施形態は砂を濾過して取り除き、これによりダウンホール装置内のプランジャおよびバレルの寿命を延ばす(新しい井戸には特に砂が多いため)。
一旦本発明のパワーパック、パルサーおよびダウンホール装置が設置され、ポンピングを行なうと、タイマーなしで、かつこのシステムを停止させることなく、その出力を調節することが可能である。地表の可変液圧ポンプによって所有者/オペレータは井戸の出力に従ってこのシステムを調節することができる。
本発明の実施形態は地下に設置することができ、地表から見えなくすることができる。地表のパワーパックおよびパルサーは地形の外観を保持するために地表面または地表面よりも下に設置することができる。
Claims (20)
- 生産ゾーンへのアクセスと、廃棄ゾーンへのアクセスとを有する井戸から生産流体を移
動する方法であって、
前記生産ゾーンと前記廃棄ゾーンとを隔離するステップと、
プランジャのストロークの間に、生産流体を前記生産ゾーンから生産システムに移動さ
せるステップと、
生産流体を前記生産ゾーンから生産システムに移動させる前記ステップと同じストロー
クの間に、廃棄流体を前記廃棄ゾーンに移動させるステップと、
を含む方法。 - 前記生産ゾーンおよび前記廃棄ゾーンを隔離するステップは、パッカーによってなされ
ることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記生産流体を系統的に逆流させるステップを更に含むことを特徴とする請求項1に記
載の方法。 - 前記逆流させるステップはスクリーンフィルタを用いることを特徴とする請求項3に記
載の方法。 - 前記廃棄の速度および前記生産の速度を調節するステップを更に含むことを特徴とする
請求項1に記載の方法。 - 前記廃棄の速度および前記生産の速度を調節するステップは、生産流体から分離された、前記プランジャを動かす動力流体又は廃棄流体を溜め置くためのタンク内の廃棄流体の量に基づくことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記プランジャのストロークの間に、生産流体を前記生産ゾーンから生産システムに移
動させるステップは、
ダウンホール装置を少なくとも部分的に井戸内に配置するステップと、
前記ダウンホール装置のプランジャを第1の方向に移動させ、生産流体を生産ゾーンか
ら生産システム内に移動させるステップと、
前記ダウンホール装置の前記プランジャを第2の方向に移動させ、生産流体を前記生産
ゾーンから前記生産システム内に移動させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ダウンホール装置の前記プランジャは往復運動をし、このダウンホール装置の各ス
トロークにおいて前記生産流体の生産を行なうことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記プランジャのストロークの間に、生産流体を前記生産ゾーンから生産システムに移
動させるステップは、
一または複数のプランジャとパイプとを含むダウンホール装置を少なくとも部分的に井
戸内に配置するステップと、
前記ダウンホール装置内で前記一または複数のプランジャを動かす動力流体を用いるス
テップと、
生産流体を前記井戸の地表に移動させるステップと、
前記ダウンホール装置にまたはこのダウンホール装置の近くにバルブを配置するステッ
プと、を含んで成り、
前記バルブは前記井戸の地表でまたはこの井戸の地表の近くで開放可能に駆動され、これにより、前記井戸を通して前記パイプを除去するときに前記動力流体が前記バルブを通して放出されるように前記井戸から前記パイプを除去するときに前記パイプ内に含まれる動力流体を放出することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記バルブはL字型のバルブであることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記井戸から除去された前記パイプはドライパイプであることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記ダウンホール装置は、このダウンホール装置の底部に台座継手を用いて前記井戸内に配置されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 請求項1記載の方法を実施する装置であって、
廃棄ゾーンから生産ゾーンを隔離する装置は、穴内の一のゾーンを穴内の別のゾーンから隔離もしくは分離するパッカーであり、
プランジャのストロークの間に、生産流体を前記生産ゾーンから生産システムに移動させるステップを実施する装置は、一または複数のプランジャとパイプと含む、少なくとも部分的に井戸内にあるダウンホール装置と、前記ダウンホール装置内で前記一または複数のプランジャを動かす動力流体と、前記井戸の地表に移動される生産流体と、前記ダウンホール装置にまたはこのダウンホール装置の近くに設置され、前記井戸から前記パイプを除去するときに前記パイプ内に含まれる前記動力流体を放出するためのバルブと、から成り、
前記生産流体を前記生産ゾーンから生産システムに移動させる前記ステップと同じストロークの間に、廃棄流体を前記廃棄ゾーンに移動させるステップを実施する装置は、前記一または複数のプランジャであって、該プランジャが、このプランジャのストロークの間に、前記生産ゾーンからの生産流体を生産システムに移動させ、同じストロークの間に、前記廃棄流体を前記廃棄ゾーンに移動させることを特徴とする装置。 - 前記生産流体を逆流させるためのスクリーンフィルタを更に含むことを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 前記スクリーンフィルタは、前記ダウンホール装置の下端に位置することを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記プランジャは往復運動をし、前記ダウンホール装置の各ストロークにおいて前記生産流体の生産を行なうことを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 前記プランジャは、第1の方向に移動され、これによって生産流体を生産ゾーンから生産システム内に移動させ、前記プランジャは、第2の方向に移動され、これによって生産流体を前記生産ゾーンから前記生産システム内に移動させることを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 前記バルブはL字型のバルブであることを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 前記井戸から除去された前記パイプはドライパイプであることを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 前記ダウンホール装置の底部に取り付けられた台座継手を更に含むことを特徴とする請求項13に記載の装置。
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