JP6966553B2 - Well tools including smart materials - Google Patents

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Description

本願は、2016年12月15日に出願された米国特許出願第62/434,756号及び2017年6月19日に出願された米国特許出願第15/626,455号に基づく優先権を主張し、当該米国特許出願のすべての記載内容を援用する。 This application claims priority under US Patent Application No. 62 / 434,756 filed December 15, 2016 and US Patent Application No. 15 / 626,455 filed June 19, 2017. However, all the contents of the US patent application shall be incorporated.

本開示は坑井ツールに関し、例えば電動水中(液中)ポンプ等のポンプに関する。 The present disclosure relates to well tools, for example pumps such as electric submersible (submersible) pumps.

炭化水素貯留層を産出する場合、産出のために貯留層まで坑井が掘削される。この炭化水素坑井が完成すると、時には、産出を増やすためにツール(道具)の使用が必要になる。このツールは、坑井の内部又は外部に配置される。産出を増やすそのような方法の1つは、坑井内に電動水中ポンプ(ESP)を配置することである。 When producing a hydrocarbon reservoir, a well is drilled to the reservoir for production. When this hydrocarbon well is completed, it sometimes requires the use of tools to increase output. This tool is placed inside or outside the well. One such method of increasing output is to place an electric submersible pump (ESP) in the well.

本開示は、スマート材料(高機能材料(素材))を含む坑井ツールに関する。 The present disclosure relates to well tools including smart materials (high performance materials (materials)).

ここで開示された主題のある態様を、坑井内で利用される電動水中ポンプとして実施することができる。坑井ポンプは、ポンプハウジングと、ポンプハウジング内に位置決めされたポンプ段とを含み、このポンプ段は、固定されたディフューザと、前記ディフューザ内に位置決めされた回転するインペラとを含み、前記インペラは、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転し、前記ディフューザは、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すために前記回転するインペラから受け取った前記運動エネルギーを揚程に変換し、前記坑井ポンプは、更に、前記ポンプハウジングの前記第1の端部に取り付けられたポンプヘッド部と、前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間に取り付けられた圧縮管であって、前記ディフューザが前記インペラとともに回転するのを阻止するために接触力を増大させる圧縮管と、前記ディフューザの周りに位置決めされたリング形状の記憶材(形状記憶材)とを含み、前記記憶材は、坑井作動条件に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張することができ、前記坑井作動条件下での前記坑井ポンプの作動時に前記ポンプハウジングの内面との間で締り嵌めを形成する。 Certain aspects of the subject matter disclosed herein can be implemented as an electric submersible pump utilized in a well. The well pump includes a pump housing and a pump stage positioned within the pump housing, the pump stage including a fixed diffuser and a rotating impeller positioned within said diffuser, said impeller. , Rotated to provide kinetic energy for flowing fluid through the well pump, the diffuser converts the kinetic energy received from the rotating impeller to flow the fluid through the well pump into a lift. Further, the well pump is a pump head portion attached to the first end portion of the pump housing, and a compression tube attached between the pump head portion and the diffuser. The storage material includes a compression tube that increases the contact force to prevent the diffuser from rotating with the impeller and a ring-shaped storage material (shape storage material) positioned around the diffuser. It can reversibly expand from a temporary state to a permanent state according to the well operating conditions, and when the well pump is operated under the well operating conditions, it is tightened with the inner surface of the pump housing. Form a fit.

坑井ポンプは、前記ポンプハウジングの前記第2の端部に取り付けられたポンプ基部を更に含むことができる。坑井ポンプは、前記ポンプ基部と前記ディフューザとの間に取り付けられた下側ディフューザスペーサを更に含むことができる。前記リング形状の記憶材は、前記ディフューザの外面と接触する記憶材内面と、前記ポンプハウジングの前記内面から距離を隔てた記憶材外面とを有する。前記坑井作動条件下での前記坑井ポンプの前記作動時に、前記リング形状の記憶材は、前記一時的な状態から前記永続的な状態へと少なくとも前記ポンプハウジングの前記内面まで膨張する。前述のいずれか1つのポンプは、前記坑井作動条件は坑井作動温度を含み、坑井ポンプが作動していないときの坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度より低く、前記リング形状の記憶材は、前記坑井ポンプ温度で前記一時的な状態にあり、前記坑井作動温度で元の状態に戻るように構成されている。前記一時的な状態では、前記ポンプハウジングの半径に沿う(半径方向の)前記リング形状の記憶材の幅は、前記ポンプハウジングの前記内面と前記ディフューザの外面との間の隙間の厚さよりも小さい。永続的な状態では、前記ポンプハウジングの前記半径に沿う前記リング形状の記憶材の前記幅は、前記隙間の厚さに等しい。前記リング形状の記憶材は、前記坑井ポンプが前記坑井作動温度と前記坑井ポンプ組立温度との間を複数回にわたって変化しても、温度として劣化することなく、前記一時的な状態と前記永続的な状態との間で前記複数回にわたって可逆的に移行することができる。 The well pump can further include a pump base attached to the second end of the pump housing. The well pump may further include a lower diffuser spacer mounted between the pump base and the diffuser. The ring-shaped storage material has an inner surface of the storage material in contact with the outer surface of the diffuser and an outer surface of the storage material separated from the inner surface of the pump housing. During the operation of the well pump under the well operating conditions, the ring-shaped storage material expands from the temporary state to the permanent state at least to the inner surface of the pump housing. In any one of the above pumps, the well operating condition includes the well operating temperature, the well pump temperature when the well pump is not operating is lower than the well operating temperature, and the ring shape is stored. The material is configured to be in the temporary state at the well pump temperature and return to the original state at the well operating temperature. In the temporary state, the width of the ring-shaped storage material along the radius of the pump housing is smaller than the thickness of the gap between the inner surface of the pump housing and the outer surface of the diffuser. .. In the permanent state, the width of the ring-shaped storage material along the radius of the pump housing is equal to the thickness of the gap. The ring-shaped storage material does not deteriorate as a temperature even if the well pump changes between the well operating temperature and the well pump assembly temperature a plurality of times, and is in the temporary state. It is possible to reversibly transition from the permanent state to the plurality of times.

前記インペラは第1のインペラであり、前記ディフューザは第1のディフューザであり、前記リング形状の記憶材はリング形状の第1の記憶材であり、前記第1のインペラと前記第1のディフューザとが第1のポンプ段を形成する。前記坑井ポンプは、また、前記第1のポンプ段と直列に接続された第2のポンプ段を含むことができる。前記第2のポンプ段は、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転する第2のインペラと、前記ポンプハウジング内に位置決めされた固定された第2のディフューザであって、前記第2のインペラの上向穴に位置決めされ、前記第2のインペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして、応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する、固定された第2のディフューザと、前記第2のディフューザの周りに位置決めされているリング形状の第2の記憶材とを含んでいる。前記記憶材は、前記坑井ポンプの坑井作動条件に応じて一時的な形状から永続的な形状へ可逆的に膨張して、下向穴の坑井ポンプ作動前又は前記坑井作動条件下での前記坑井ポンプの作動の間に前記ポンプハウジングの前記内面との間で締り嵌めを形成することができる。前記ポンプハウジングの縦軸に沿う前記リング形状の第1の記憶材の軸方向の高さは、前記ポンプハウジングの前記縦軸に沿う前記リング形状の第2の記憶材の軸方向の高さと同じである又は異なる。前記記憶材は、前記ディフューザの回転を阻止するのに十分な強度を有する締り嵌めを形成する。前記リング形状の記憶材が位置決めされている箇所における前記ディフューザの半径方向の厚さは、前記ポンプハウジングの縦軸に沿う他の位置における前記ディフューザの半径方向の厚さよりも大きい。前記リング形状の記憶材は前記ポンプハウジングの縦軸に沿う軸方向高さを有し、前記軸方向高さは前記ディフューザの壁厚に基づく。 The impeller is a first impeller, the diffuser is a first diffuser, and the ring-shaped storage material is a ring-shaped first storage material, the first impeller and the first diffuser. Form the first pump stage. The well pump can also include a second pump stage connected in series with the first pump stage. The second pump stage is a second impeller that rotates to provide kinetic energy for flowing fluid through the well pump and a fixed second diffuser that is positioned within the pump housing. It is positioned in the upward hole of the second impeller, receives the kinetic energy from the second impeller, and in response, lifts the kinetic energy to flow the fluid through the well pump. Includes a fixed second diffuser that converts to and a ring-shaped second storage material that is positioned around the second diffuser. The storage material reversibly expands from a temporary shape to a permanent shape according to the well operating conditions of the well pump, and before the well pump is operated in the downward hole or under the well operating conditions. A tight fit can be formed with the inner surface of the pump housing during the operation of the well pump in. The axial height of the ring-shaped first storage material along the vertical axis of the pump housing is the same as the axial height of the ring-shaped second storage material along the vertical axis of the pump housing. Or different. The storage material forms a tight fit that is strong enough to prevent the diffuser from rotating. The radial thickness of the diffuser at the location where the ring-shaped storage material is positioned is greater than the radial thickness of the diffuser at other positions along the longitudinal axis of the pump housing. The ring-shaped storage material has an axial height along the vertical axis of the pump housing, and the axial height is based on the wall thickness of the diffuser.

ここで開示された主題のある態様を、方法として実施することができる。坑井ポンプの坑井ポンプ段を組み立てる。前記坑井ポンプ段は、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成された回転するインペラと、ポンプハウジング内に位置決めされ、前記インペラの上向穴に位置決めされて、前記インペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する、固定されたディフューザとを含む。ポンプヘッド部を前記ポンプハウジングの上向穴端部に取り付ける。前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間に圧縮管を取り付ける。前記圧縮管は前記ディフューザ間の接触力を増大させる。前記ポンプハウジングの内面と前記ディフューザの外面とは隙間によって分離されている。記憶材を、前記ディフューザの外径以上の内径を有し且つ前記ポンプハウジングの内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成する。前記リング形状の記憶材を前記ディフューザの前記外径の周りに配置する。前記記憶材を前記リング形状に形成することは、前記記憶材の前記外径が前記ポンプハウジングの前記内径以上である永続的な状態から、前記記憶材の前記外径が前記ポンプハウジングの前記内径よりも小さい一時的な状態まで、前記リング形状の記憶材を変形させることを含む。前記記憶材は、前記一時的な状態よりも前記永続的な状態の方が硬い。前記記憶材は、ダウンホールへ設置する前の組立て時には前記一時的な形状にあり、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールに位置決めされていて作動していない時の坑井ポンプ温度では前記永続的な状態にある。前記記憶材は、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールに位置決めされていて作動している時の坑井作動温度では前記永続的な状態にある。前記記憶材を前記リング形状に形成することは、前記坑井ポンプの温度が坑井作動温度と坑井ポンプ組立温度との間を複数回変化しても劣化することなく前記一時的な状態と前記永続的な状態との間を可逆的に複数回移行するように前記記憶材を形成することを含む。前記リング形状の記憶材は、ある位置に位置決めされている。前記リング形状の記憶材が位置決めされた位置における前記ディフューザの半径方向の厚さは、前記ポンプハウジングの縦軸に沿う他の箇所における前記ディフューザの半径方向の厚さよりも大きい。 Certain aspects of the subject matter disclosed herein can be practiced as a method. Assemble the well pump stage of the well pump. The well pump stage is positioned in a pump housing with a rotating impeller configured to rotate to provide kinetic energy to flow fluid through the well pump and into the upward hole of the impeller. Includes a fixed diffuser that is positioned to receive the kinetic energy from the impeller and, in response, convert the kinetic energy into a lift for flowing the fluid through the well pump. The pump head portion is attached to the upward hole end portion of the pump housing. A compression tube is attached between the pump head portion and the diffuser. The compression tube increases the contact force between the diffusers. The inner surface of the pump housing and the outer surface of the diffuser are separated by a gap. The storage material is formed in a ring shape having an inner diameter equal to or larger than the outer diameter of the diffuser and having an outer diameter smaller than the inner diameter of the pump housing. The ring-shaped storage material is placed around the outer diameter of the diffuser. Forming the storage material in the ring shape means that the outer diameter of the storage material is the inner diameter of the pump housing from a permanent state in which the outer diameter of the storage material is equal to or larger than the inner diameter of the pump housing. It involves deforming the ring-shaped storage material to a smaller temporary state. The storage material is harder in the permanent state than in the temporary state. The storage material is in the temporary shape at the time of assembly before being installed in the down hole, and at the well pump temperature when the well pump is positioned in the down hole in the well and is not operating. It is in a permanent state. The storage material is in the permanent state at the well operating temperature when the well pump is positioned and operating in a downhole in the well. Forming the storage material in the ring shape is a temporary state without deterioration even if the temperature of the well pump changes between the well operating temperature and the well pump assembly temperature a plurality of times. It involves forming the storage material so that it reversibly transitions from the permanent state multiple times. The ring-shaped storage material is positioned at a certain position. The radial thickness of the diffuser at the position where the ring-shaped storage material is positioned is greater than the radial thickness of the diffuser elsewhere along the longitudinal axis of the pump housing.

前記坑井ポンプ段は第1の坑井ポンプ段であり、前記インペラは第1のインペラであり、前記ディフューザは第1のディフューザであり、前記記憶材は第1の記憶材である。前記坑井ポンプの第2の坑井ポンプ段を組み立てる。前記第2の坑井ポンプ段は、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを供給するために回転するた回転する第2のインペラと、前記ポンプハウジング内に位置決めされ、前記第2のインペラの上向穴に位置決めされた固定された第2のディフューザとを含む。第2のディフューザは、前記第2のインペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する。第2の記憶材を、前記ディフューザの外形に等しい内径を有し且つ前記ポンプハウジングの内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成する。前記リング形状の第2の記憶材を前記第2のディフューザの前記外径の周りに位置決めする。前記第1の坑井ポンプ段を前記第2の坑井ポンプ段と直列に取り付ける。 The well pump stage is a first well pump stage, the impeller is a first impeller, the diffuser is a first diffuser, and the storage material is a first storage material. Assemble the second well pump stage of the well pump. The second well pump stage is positioned within the pump housing with a rotating second impeller that rotates to supply kinetic energy for flowing fluid through the well pump, said second. Includes a fixed second diffuser positioned in the upward hole of the impeller. The second diffuser receives the kinetic energy from the second impeller and in response converts the kinetic energy into a head for flowing the fluid through the well pump. The second storage material is formed in a ring shape having an inner diameter equal to the outer diameter of the diffuser and an outer diameter smaller than the inner diameter of the pump housing. The ring-shaped second storage material is positioned around the outer diameter of the second diffuser. The first well pump stage is mounted in series with the second well pump stage.

ここで開示された主題のある態様を、ダウンホールポンプとして実施することができる。ダウンホールポンプは、ポンプハウジングと、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するインペラと、前記インペラの上向穴で前記ポンプハウジング内に位置決めされ、前記インペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして、応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する固定されたディフューザと、前記ポンプハウジングの前記第1の端部に取り付けられたポンプヘッド部と、前記ポンプハウジングの前記第2の端部に取り付けられたポンプ基部と、前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間に取り付けられ、前記ディフューザが前記インペラとともに回転するのを阻止するために前記ディフューザとの間の接触力を増大させる圧縮管と、前記ポンプ基部と前記ディフューザとの間に取り付けられた下部ディフューザスペーサと、前記ディフューザの周りに位置決めされたリング形状の記憶材とを含むことができる。前記記憶材は、前記坑井ポンプの坑井作動条件に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張することができる。前記記憶材は、前記永続的な状態よりも前記一時的状態の方が剛性が低い。 Certain aspects of the subject matter disclosed herein can be implemented as a downhaul pump. The downhaul pump is positioned in the pump housing with a pump housing, an impeller that rotates to provide kinetic energy for flowing fluid through the well pump, and an upward hole in the impeller, from the impeller. Attached to the first end of the pump housing with a fixed diffuser that receives the kinetic energy and in response converts the kinetic energy into a lift for flowing the fluid through the well pump. It is attached between the pump head portion, the pump base portion attached to the second end portion of the pump housing, and the pump head portion and the diffuser, and prevents the diffuser from rotating together with the impeller. A compression tube that increases the contact force between the diffuser for this purpose, a lower diffuser spacer attached between the pump base and the diffuser, and a ring-shaped storage material positioned around the diffuser. Can include. The storage material can be reversibly expanded from a temporary state to a permanent state depending on the well operating conditions of the well pump. The storage material has lower rigidity in the temporary state than in the permanent state.

前記永続的な状態において、前記記憶材は、前記ディフューザと前記ポンプハウジングとの間に締り嵌めを形成する。前記締り嵌めは、前記ディフューザの回転を阻止する強度を有する。前記記憶材は、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールで作動する坑井作動条件に応じて前記一時的な状態から前記永続的な状態まで膨張することができる。前記記憶材は、前記坑井作動条件の変化に応じて前記永続的な状態から前記一時的な状態まで収縮する。前記坑井作動条件は、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールで作動する坑井作動温度を含むことができる。前記記憶材は、坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度より低いときに前記一時的な状態にとどまり、前記坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度以上であるときに前記元の状態まで膨張する。 In the permanent state, the storage material forms a tight fit between the diffuser and the pump housing. The tightening fit has the strength to prevent the rotation of the diffuser. The storage material can be expanded from the temporary state to the permanent state depending on the well operating conditions in which the well pump operates in the downhole in the well. The storage material shrinks from the permanent state to the temporary state in response to changes in the well operating conditions. The well operating condition can include a well operating temperature at which the well pump operates in a downhole in the well. The storage material remains in the temporary state when the well pump temperature is lower than the well operating temperature, and expands to the original state when the well pump temperature is equal to or higher than the well operating temperature. ..

本発明の1つ以上の実装の詳細を、添付図面及び以下の説明において述べる。本発明の他の特徴、目的及び利点は、明細書及び図面並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。 Details of one or more implementations of the present invention will be described in the accompanying drawings and the following description. Other features, objects and advantages of the invention will become apparent from the specification and drawings as well as the claims.

坑井に設置されていて一時的な形状にある回転阻止リングを有する電動水中ポンプの一部の模式図である。It is a schematic diagram of a part of an electric submersible pump having a rotation blocking ring installed in a well and having a temporary shape.

坑井に設置されていて永続的な形状にある回転阻止リングを有する電動水中ポンプの一部の模式図である。It is a schematic diagram of a part of an electric submersible pump having a rotation blocking ring installed in a well and having a permanent shape.

坑井に設置されていて2つの段を有する電動水中ポンプの一部の模式図である。It is a schematic diagram of a part of an electric submersible pump installed in a well and having two stages.

形状記憶ポリマ回転阻止バンドの模式図である。It is a schematic diagram of a shape memory polymer rotation prevention band.

ダウンホールにある設備の部品における形状記憶ポリマを利用するための例示の方法のフローチャートである。It is a flowchart of an exemplary method for utilizing a shape memory polymer in a component of equipment in a downhaul.

種々の図面における同様の参照符号は、同様の構成要素を示している。 Similar reference numerals in the various drawings indicate similar components.

電動水中(液中)ポンプ(ESP)システムは、遠心ポンプと、保護装置と、モータと、監視サブシステムとから構成されている。ポンプは坑井流体を地表まで揚げるのに用いられる。モータはポンプを駆動するためのエネルギーを供給する。保護装置は、ポンプからのスラスト荷重を吸収し、モータからポンプへ動力を伝達し、モータへの坑井流体の侵入を阻止する。監視サブシステムは、いくつか例を挙げるなら、ポンプの吸込圧力及び吐出圧力、ポンプの吸込温度、モータの内部温度、並びに振動等の、坑井流体の特性に関する情報を提供する。ポンプは複数段(ステージ)で構成され、各段はインペラとディフューザとから構成されている。インペラは回転しつつ流体にエネルギーを与えてこれを流動させ、ディフューザは固定されていてインペラからの流体の運動エネルギーを揚程に変換する。典型的には、複数のポンプ段が直列に重ねられて多段システムを形成する。すべての段がポンプハウジングに収容されており、その両端にポンプヘッド部とポンプ基部とが被せられている。個々の段で生成された揚程の合計は累積する。つまり、多段システムによって得られる総揚程は、最初の段から最後の段まで線形的に増加する。ESPは生産坑井内で作動する。 The electric submersible (submersible) pump (ESP) system consists of a centrifugal pump, a protective device, a motor, and a monitoring subsystem. Pumps are used to lift well fluids to the surface. The motor supplies the energy to drive the pump. The protective device absorbs the thrust load from the pump, transfers power from the motor to the pump, and prevents well fluid from entering the motor. The monitoring subsystem provides information on the characteristics of the well fluid, such as pump suction and discharge pressures, pump suction temperature, motor internal temperature, and vibration, to name a few. The pump is composed of multiple stages (stages), and each stage is composed of an impeller and a diffuser. The impeller spins and gives energy to the fluid to make it flow, and the diffuser is fixed and converts the kinetic energy of the fluid from the impeller into a head. Typically, multiple pump stages are stacked in series to form a multi-stage system. All stages are housed in a pump housing, both ends of which are covered with a pump head and a pump base. The sum of the heads generated in each stage is cumulative. That is, the total head obtained by the multi-stage system increases linearly from the first stage to the last stage. ESP operates in the production well.

ESPのポンプ組立て時になされるステップの1つは、ディフューザの圧縮である。このステップは、重ねられたディフューザ又は段が、相互に接触した状態を保つことを確保して、作動中の回動を阻止するためになされる。この工程では、まず、圧縮管を、必要とされる総ディフューザ圧縮に基づく大きさに裁断して、ポンプヘッド部と、最上段の最終ディフューザとの間に挟持することにより、望ましい圧縮力を得る。ポンプ作動中、インペラは流体にトルクを伝達し、そのトルクはディフューザの壁へ伝達される。しかし、時には、組立て時の不適切な圧縮又は特定の流れ条件で生成された想定を超える揚程に起因して、ディフューザからの圧力に基づく力がディフューザ圧縮力に勝ることがある。圧縮力がすべて失われると、ディフューザはインペラと同じ方向に回転してしまい、スピニングディフューザとして知られる現象を生ずることになる。その結果、産出流体は、ハウジングの内径とディフューザの外径との間の環状空間に逃げ出し、この逃げ出した高圧流体によりディフューザ壁には不必要な応力がかかり、これが、ポンプの故障につながるディフューザ壁の潰れを招く可能性がある。その上、スピンしているディフューザにより形成される揚程は不十分である。ディフューザは他のディフューザとの接触面に擦れたり、ディフューザの外径がハウジングの内壁に擦れたりする可能性がある。その結果、ディフューザとハウジングの両方に材料損が発生し、それにより、摩擦による過度な熱が生じてポンプの早期故障につながる。 One of the steps taken when assembling the ESP pump is the compression of the diffuser. This step is done to ensure that the stacked diffusers or steps remain in contact with each other and prevent rotation during operation. In this step, the compression tube is first cut to a size based on the required total diffuser compression and sandwiched between the pump head and the final diffuser in the uppermost stage to obtain the desired compressive force. .. During pump operation, the impeller transfers torque to the fluid, which torque is transmitted to the walls of the diffuser. However, sometimes the pressure-based force from the diffuser outweighs the diffuser compressive force due to improper compression during assembly or an unexpected lift generated under certain flow conditions. When all the compressive force is lost, the diffuser rotates in the same direction as the impeller, resulting in what is known as a spinning diffuser. As a result, the produced fluid escapes into the annular space between the inner diameter of the housing and the outer diameter of the diffuser, and this escaped high pressure fluid exerts unnecessary stress on the diffuser wall, which leads to pump failure. May lead to crushing. Moreover, the lift formed by the spinning diffuser is inadequate. The diffuser can rub against the contact surface with other diffusers, or the outer diameter of the diffuser can rub against the inner wall of the housing. As a result, material loss occurs in both the diffuser and the housing, which causes excessive heat due to friction and leads to premature failure of the pump.

従来のポンプ組立ては、ディフューザのスピンを阻止するために、ディフューザ間に十分な摩擦接触力を確保する高い圧縮力に頼っていた。これは、ポンプ条件が、作動中にかなり大きく変動することからして、スピニングディフューザ効果にとって有利に働いてしまう。そのため補足的なディフューザスピニング阻止技術が実施されてきた。すなわち、ばね部材であってもよい副圧縮装置を主圧縮装置と併せて取り付ける。この組み合わせにより、主圧縮装置がその圧縮能力を喪失した場合に、ばね部材が主圧縮装置となってディフューザを互いに接触したままになるようにする。このような構成における予想される短所は、多数回にわたる作動後のばねの弛緩によるものである。これが起こると、バネ部材の機能は失われ、スピニングディフューザ効果を引き起こす。 Traditional pump assembly relies on high compressive forces to ensure sufficient frictional contact between the diffusers to prevent the diffusers from spinning. This favors the spinning diffuser effect, as the pump conditions fluctuate considerably during operation. Therefore, supplementary diffuser spinning prevention technology has been implemented. That is, the sub-compression device, which may be a spring member, is attached together with the main compression device. This combination allows the spring member to act as the main compressor and keep the diffusers in contact with each other if the main compressor loses its compressive capacity. The expected disadvantage of such a configuration is due to the relaxation of the spring after multiple actuations. When this happens, the function of the spring member is lost, causing a spinning diffuser effect.

別の回り止め技術では、各ディフューザが、軸方向に延びる突起を有し、これらの突起は、ディフューザ周りに沿って形成され軸方向に位置決めされた対応凹部と入れ子になって、ディフューザ間の相対運動を阻止する。さらに、各突起と凹部との合わせ面内で、封止(シール)を形成するように各ディフューザの外側にOリングが装着される。重なり(スタック)の上端において、ハウジング内の凹部に保持リングが取り付けられて、ディフューザをハウジングへ機械的に固定し、その回転を阻止する。この技術の1つの短所は、ディフューザに突起及び凹部を形成するための機械加工が増えることであり、その結果、製造時間は長くなり、製品コスト又は設備コストが高くなる。 In another detent technique, each diffuser has axially extending protrusions, which are nested along the corresponding recesses formed along the diffuser and positioned axially, relative to the diffuser. Stop exercising. Further, an O-ring is mounted on the outside of each diffuser so as to form a seal in the mating surface of each protrusion and recess. At the top of the stack, a retaining ring is attached to the recess in the housing to mechanically secure the diffuser to the housing and prevent its rotation. One disadvantage of this technique is the increased machining required to form protrusions and recesses in the diffuser, resulting in longer manufacturing times and higher product or equipment costs.

別の回り止め技術は、圧縮管と最上部のディフューザとの間に配置されたプラスチック又は硬質ゴムであり得る、可変圧縮器又は可変圧縮リングを含む。裁断した圧縮管が短過ぎたら、可変圧縮リングは、ポンプ作動中にディフューザのスピンを阻止するためにディフューザに必要な圧縮荷重を維持するように膨張する。逆に、裁断した圧縮管が長過ぎたら、可変圧縮装置は、ディフューザのスピンを阻止するために収縮してディフューザにかかる望ましい圧縮荷重を維持する。この方法で予想される短所の1つは、硬質ゴム又はプラスチックが多数回にわたる膨張と圧縮の後に圧縮永久歪みを呈し、それによってその効力を失い、その結果、材料が従来の組立て方法と同様にスピニングディフューザ効果を受け易くなることである。 Another detent technique includes a variable compressor or variable compression ring, which can be plastic or hard rubber placed between the compression tube and the top diffuser. If the cut compression tube is too short, the variable compression ring expands to maintain the compressive load required by the diffuser to prevent the diffuser from spinning during pump operation. Conversely, if the cut compression tube is too long, the variable compressor contracts to prevent the diffuser from spinning to maintain the desired compressive load on the diffuser. One of the possible disadvantages of this method is that the hard rubber or plastic exhibits compressive permanent strain after multiple expansions and compressions, thereby losing its effectiveness, and as a result, the material resembles conventional assembly methods. It is more susceptible to the spinning diffuser effect.

本開示は、形状記憶ポリマ(SMP)又は他の同様の形状記憶材料でできていて、坑井ポンプとしても知られるESPで用いられる、回転阻止装置(回り止め装置)について述べる。SMPの形は、ESPディフューザ周りにぴったり嵌合するリング状である。SMPは、坑井の作動温度で膨張し、ESPディフューザとESPハウジングとの間に締り嵌めを生成するように構成されている。SMPは、ポンプ作動温度ではなく坑井作動温度で膨張するように構成されており、それは、SMP材がポンプ始動前に膨張して締り嵌めを生成するためである。締り嵌めにより、高い摩擦抵抗を介して回転阻止力が得られる。SMPは、単独で、又は圧縮管と組み合わせて、又は回転を阻止するために用いられる他の構造装置と組み合わせて、使われる。 The present disclosure describes a rotation blocking device (anti-rotation device) made of a shape memory polymer (SMP) or other similar shape memory material and used in an ESP also known as a well pump. The shape of the SMP is a ring that fits snugly around the ESP diffuser. The SMP is configured to expand at the operating temperature of the well to create a tight fit between the ESP diffuser and the ESP housing. The SMP is configured to expand at the well operating temperature rather than the pump operating temperature, because the SMP material expands before the pump starts to produce a tight fit. By tightening, a rotation blocking force is obtained through high frictional resistance. SMPs are used alone, in combination with compression tubes, or in combination with other structural devices used to prevent rotation.

図1Aは、一時的な形状にある回転阻止バンド108を有する、組み立てられたESP100の一部を示している。ESP100は、複数のポンプ段(第1のポンプ段126を一例として示しており、他のポンプ段も同様とすることができる)を含むことができ、複数のポンプ段のそれぞれがインペラ(例えば第1のインペラ118)とディフューザ(例えばディフューザ112a)とを含んでいる。複数の段をまとめてポンプ束116と呼ぶこともある。ポンプ束116は、ハウジング114に収容されている。ハウジング114は、2つの端部、すなわち上向穴端部(アップホール端部)128と、下向穴端部(ダウンホール端部)130とを有している。ポンプヘッド部102は、ハウジング114の上向穴端部128に取り付けられている。圧縮管104は、ポンプヘッド部102と、上向穴端部128に最も近いポンプ段のディフューザ112bと、の間に配置されている。圧縮管104は、上向穴端部128に最も近いポンプ段のディフューザ112bがスピン(回転)するのを阻止するために圧縮力を提供する。ポンプ束116は、2つの端部、すなわち吸込端部122と、吐出端部106とを有している。吸込端部106に最も近いポンプ段のディフューザ112aは、ポンプ基部134に支持されている。 FIG. 1A shows a portion of an assembled ESP 100 having a rotation blocking band 108 in a temporary shape. The ESP 100 can include a plurality of pump stages (the first pump stage 126 is shown as an example, and other pump stages may be the same), and each of the plurality of pump stages has an impeller (for example, a first pump stage). 1 impeller 118) and a diffuser (eg, diffuser 112a) are included. A plurality of stages may be collectively referred to as a pump bundle 116. The pump bundle 116 is housed in the housing 114. The housing 114 has two ends, that is, an upward hole end (up hole end) 128 and a downward hole end (down hole end) 130. The pump head portion 102 is attached to the upward hole end portion 128 of the housing 114. The compression pipe 104 is arranged between the pump head portion 102 and the diffuser 112b of the pump stage closest to the upward hole end portion 128. The compression tube 104 provides compressive force to prevent the diffuser 112b in the pump stage closest to the upward hole end 128 from spinning (rotating). The pump bundle 116 has two ends, namely a suction end 122 and a discharge end 106. The diffuser 112a in the pump stage closest to the suction end 106 is supported by the pump base 134.

ESP100は、吐出端部106より下方に配置された吸込端部122で、坑井から産出流体を取り込む。吐出端部106は、産出流体を、生産用導管(不図示)の中及び地上施設に向けた上向穴方向内へ送る。図1A及び図1Bに示す実施では、上向穴端部128に最も近いディフューザ112bは、インペラ118の直上(すなわち下流)にある。産出流体がESP100内を移動するのと同時に、段毎に加算された揚程が累積する。 The ESP 100 is a suction end 122 arranged below the discharge end 106, and takes in the produced fluid from the well. The discharge end 106 sends the output fluid into the production conduit (not shown) and in the upward hole direction towards the above-ground facility. In the implementation shown in FIGS. 1A and 1B, the diffuser 112b closest to the upward hole end 128 is directly above (ie, downstream) of the impeller 118. At the same time that the produced fluid moves in the ESP100, the heads added for each stage are accumulated.

複数の段116は、組立て時にハウジング114内に配置される。ハウジング114の上向穴端部128において、ESP100は、ポンプヘッド部102を介してハウジング114内に保持される。ハウジング114の下向穴端部130において、複数の段116は、下側ディフューザスペーサ132に接触している。下側ディフューザスペーサは、ポンプ束116を圧縮状態に保つためにハウジング114の下向穴端部130にねじ止めされたポンプ基部134によって堅固に固定されている。未膨張のSMP回転阻止バンド108は、一時的な形状にあり、各ポンプ段の各ディフューザの周りに配置されている。 The plurality of stages 116 are arranged in the housing 114 at the time of assembly. At the upward hole end 128 of the housing 114, the ESP 100 is held in the housing 114 via the pump head 102. At the downward hole end 130 of the housing 114, the plurality of steps 116 are in contact with the lower diffuser spacer 132. The lower diffuser spacer is secured by a pump base 134 screwed to the downward hole end 130 of the housing 114 to keep the pump bundle 116 in a compressed state. The uninflated SMP rotation blocking band 108 is in a temporary shape and is arranged around each diffuser in each pump stage.

SMPは、温度等の外部刺激の存在下で、一時的な形状からその永続的な形状へ変化できるポリマである。形状記憶材の別の特性は双方向形状記憶効果である。これは、形状記憶材が高温まで加熱されたときにその形状を記憶し、また低温まで冷却されたときにその形状を記憶する能力である。SMP類は、ガラス転移温度Tによって特徴付けられ、その温度以下では硬い。T未満であれば、SMPの形状は一時的である。形状記憶材が加熱されてTgを超えると、永続的な形状に戻る。このプロセスは可逆的であり、ポリマを分解させずに何度も繰り返すことができる。更に、ポリマが特定のガラス転移温度、例えば−22°F(−30℃)と500°F(260℃)の間の温度を有するように企図できる。SMPは、先ず成形及び硬化を含む従来の製造方法によりその望ましい永続的な形状を企図して加工された後、望ましい一時的な形状に加工される。これは、製造された永続的な形状を、SMPのガラス転移温度(T)を超えて加熱することによって達成される。続いて、SMPに荷重(負荷)を加えてSMPを目標の一時的な形状に変形させる。一時的な形状のSMPを、荷重がかかった/拘束された状態のまま、そのガラス転移温度(T)未満、典型的には室温近くまで冷却する。室温に達した後、荷重/拘束を解除しても、SMPはこの一時的な形状を維持する。組立工程中における未膨張の回転阻止バンド108の形状はこの一時的な形状である。一方向形状記憶効果で企図され製造されるSMPの場合、一時的な形状がSMPのガラス転移温度を超える温度まで加熱されると、SMPはその永続的な形状に変形する。双方向形状記憶効果で企図され製造されるSMPの場合、一時的な形状がSMPのガラス転移温度を超える温度まで加熱されると、SMPはその永続的な形状に変形する。しかし、SMPをそのガラス転移温度以下まで冷却すると、SMPは一時的な形状に戻る。 SMP is a polymer that can change from a temporary shape to its permanent shape in the presence of external stimuli such as temperature. Another property of shape memory materials is the bidirectional shape memory effect. This is the ability to memorize the shape of the shape storage material when it is heated to a high temperature and to memorize its shape when it is cooled to a low temperature. SMPs are characterized by a glass transition temperature T g and are hard below that temperature. If it is less than T g , the shape of the SMP is temporary. When the shape memory material is heated to exceed Tg, it returns to a permanent shape. This process is reversible and can be repeated many times without breaking down the polymer. In addition, the polymer can be engineered to have a particular glass transition temperature, eg, a temperature between −22 ° F. (-30 ° C.) and 500 ° F. (260 ° C.). The SMP is first machined with the intention of its desired permanent shape by conventional manufacturing methods including molding and curing, and then processed into the desired temporary shape. This is achieved by heating the manufactured permanent shape above the glass transition temperature (T g) of the SMP. Subsequently, a load is applied to the SMP to deform the SMP into a target temporary shape. Temporarily shaped SMPs are cooled to below their glass transition temperature (T g ), typically near room temperature, while remaining loaded / constrained. After reaching room temperature, the SMP maintains this temporary shape even when the load / restraint is released. The shape of the unexpanded rotation blocking band 108 during the assembly process is this temporary shape. In the case of an SMP intended and manufactured with a one-way shape memory effect, the SMP transforms into its permanent shape when the temporary shape is heated to a temperature above the glass transition temperature of the SMP. In the case of an SMP intended and manufactured with a bidirectional shape memory effect, the SMP transforms into its permanent shape when the temporary shape is heated to a temperature above the glass transition temperature of the SMP. However, when the SMP is cooled below its glass transition temperature, the SMP returns to its temporary shape.

図1Bは、図1Aに示す、据え付けられたESP100の同じ部分を示す。しかし、ここでは膨張したSMP回転阻止バンド110が永続的な形状にある。一時的な形状の未膨張のSMP回転阻止バンド108は、ポンプディフューザ112a及びディフューザ112bの周りにしっかりと嵌合している。ディフューザ112a及びディフューザ120bの周りに装着された未膨張の回転阻止バンド108の外面は、装着を容易にするためにハウジング114の内壁との間に十分な隙間が残っている。回転阻止バンド108は、双方向形状記憶効果を利用して製造されたSMPである。その一時的な未膨張形状では、回転阻止バンド108は、ポンプ束116の外径に等しい内径(通常の圧入加工公差内)と、ポンプ束116の外面とハウジング114の内面との間の隙間より小さい半径方向厚さとを有するリングである。SMPのガラス転移温度(T)は、組み立て及び装着時に被る温度より高いが、坑井の作動温度より低くなるように、装着前に設定されている。膨張したSMP回転阻止バンド110の永続的な形状は、膨張したSMP回転阻止バンド110の外径とハウジング114の内径との間に締り嵌めを提供するように構成されている。すなわち、永続的な膨張形状では、リングの内径はポンプ束の外径に等しく(圧入部品の標準的な機械加工公差内で)、半径方向の厚さはディフューザ112a及びディフューザ112bの外面とハウジング114の内面との間の隙間に少なくとも等しい。この締り嵌めは、圧縮管104と連動して作用し、ポンプディフューザのどのような回転にも抗する摩擦力を与える。ポンプが坑井から取り出され、SMP温度がガラス転移温度(T)を下回ると、SMPバンドは一時的な状態に戻る。 FIG. 1B shows the same portion of the installed ESP100 shown in FIG. 1A. However, here the inflated SMP rotation blocking band 110 is in permanent shape. The temporary shape of the uninflated SMP rotation blocking band 108 is tightly fitted around the pump diffuser 112a and the diffuser 112b. The outer surface of the uninflated rotation blocking band 108 mounted around the diffuser 112a and the diffuser 120b has sufficient clearance between it and the inner wall of the housing 114 for ease of mounting. The rotation blocking band 108 is an SMP manufactured by utilizing the bidirectional shape memory effect. In its temporarily unexpanded shape, the rotation blocking band 108 is from an inner diameter equal to the outer diameter of the pump bundle 116 (within normal press-fitting tolerances) and a gap between the outer surface of the pump bundle 116 and the inner surface of the housing 114. A ring with a small radial thickness. The glass transition temperature (T g ) of the SMP is set before mounting so that it is higher than the temperature incurred during assembly and mounting, but lower than the operating temperature of the well. The permanent shape of the inflated SMP rotation blocking band 110 is configured to provide a tight fit between the outer diameter of the inflated SMP rotation blocking band 110 and the inner diameter of the housing 114. That is, in a permanent inflated shape, the inner diameter of the ring is equal to the outer diameter of the pump bundle (within the standard machining tolerances of the press-fitted parts) and the radial thickness is the outer surface of the diffuser 112a and the diffuser 112b and the housing 114. At least equal to the gap between the inner surface of the. This tightening works in conjunction with the compression tube 104 to provide a frictional force that resists any rotation of the pump diffuser. When the pump is removed from the well and the SMP temperature drops below the glass transition temperature (T g ), the SMP band returns to a temporary state.

実施によっては、ポンプ束116内で複数の段を用いることができる。そのような実施では、図1Cに示されているが、ESPは、例えば、第1の段126aと第2の段126bとを含むことができる。各ポンプ段126は、ポンプ組立て時に装着される一時的な形状の回転阻止バンド108を含むことができる。先に述べた実施のように、一時的な形状の回転阻止バンド108は、ESP100が坑井内にあってガラス転移温度(T)を超える温度を被ると、膨張してその永続的な形状のSMP回転阻止バンド110になる。 Depending on the implementation, multiple stages may be used within the pump bundle 116. In such an implementation, as shown in FIG. 1C, the ESP can include, for example, a first stage 126a and a second stage 126b. Each pump stage 126 may include a temporary shaped rotation blocking band 108 that is worn during pump assembly. As previously described, the transiently shaped anti-rotation band 108 expands to its permanent shape when the ESP100 is in the well and is exposed to temperatures above the glass transition temperature (T g). It becomes the SMP rotation blocking band 110.

図2は、包括的なSMP回転阻止バンド200の上面図を示す。SMP回転阻止バンド200は、装着を容易にするためにその一時的な形状がリング状である。先に述べたように、SMP回転阻止バンド200の一時的な形状は、その内面がポンプ束116の外面と一致するように予め製造されるが、バンド200の外径は、ポンプハウジング114の内面の直径未満である。一般に、回転阻止バンド200の外面及び内面の永続的な形状は、それぞれ、ポンプハウジング114の内面及びポンプ束116の外面に一致するように形成することができる。回転バンド200のガラス転移温度(T)は、坑井内の坑井ポンプ100の作動温度より低く、かつ、組立て時の坑井ポンプ100の温度より高くなるように、予め企図される。坑井温度は、組立て時に被る温度よりも暖かい。 FIG. 2 shows a top view of the comprehensive SMP rotation blocking band 200. The SMP rotation blocking band 200 has a ring-shaped temporary shape for easy mounting. As mentioned earlier, the temporary shape of the SMP rotation blocking band 200 is pre-manufactured so that its inner surface matches the outer surface of the pump bundle 116, while the outer diameter of the band 200 is the inner surface of the pump housing 114. Is less than the diameter of. In general, the permanent shapes of the outer and inner surfaces of the anti-rotation band 200 can be formed to match the inner surface of the pump housing 114 and the outer surface of the pump bundle 116, respectively. The glass transition temperature (T g ) of the rotating band 200 is planned in advance so as to be lower than the operating temperature of the well pump 100 in the well and higher than the temperature of the well pump 100 at the time of assembly. The well temperature is warmer than the temperature incurred during assembly.

一時的な形状における未膨張のSMP回転阻止バンド108の軸方向の配置は、理想的には、ポンプ束116のディフューザ112a及びディフューザ112bの周りであり、そこでは、ディフューザの半径方向の厚さが最大となる。ポンプ束116の薄壁部分の周りに配置した場合、膨張したSMP回転阻止バンド110が、ディフューザ112a又はディフューザ112bを潰してしまうおそれがある。回転阻止バンド200の特定の一時的な(未膨張)形状及び永続的な(膨張)形状は、寸法の違いにより、各ESP100モデルに対して異なるサイズで製造される。SMP回転阻止バンド200は、様々な長手方向の高さで、1つ以上のディフューザへ装着できる。 The axial arrangement of the uninflated SMP rotation blocking band 108 in the temporary shape is ideally around the diffuser 112a and the diffuser 112b of the pump bundle 116, where the radial thickness of the diffuser is It will be the maximum. When placed around the thin wall portion of the pump bundle 116, the expanded SMP rotation blocking band 110 may crush the diffuser 112a or the diffuser 112b. The specific temporary (uninflated) and permanent (inflated) shapes of the anti-rotation band 200 are manufactured in different sizes for each ESP100 model due to dimensional differences. The SMP rotation blocking band 200 can be attached to one or more diffusers at various longitudinal heights.

本主題は、図3に示す例示の方法300を用いて実施できる。方法300のステップは、並行に、順次に、又は、図3に示す順序とは異なる順序で実行することができる。まず、在庫の中からポンプ基部を取り出す。ステップ302で、下側ディフューザスペーサ132をポンプ基部134に取り付ける。次に、ポンプ基部134をハウジング114に取り付けるか、又は、ポンプ基部134をポンプ段126が完成するまで脇に置いておく。その時点で、ポンプ段を下側ディフューザスペーサ132に接続する。それが起こり得る前に、ステップ304で、坑井ポンプ100の坑井ポンプ段126を組み立てる。ポンプ段を組み立てるこのステップは、インペラ118を第1のディフューザ120内に配置するステップを含むことができる。ステップ306では、記憶材料を、先に組み立てたポンプ段126のディフューザ120の外径に等しい内径を有すると共に、ポンプハウジング114の内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成する。ステップ308で、リング形状記憶材を、ディフューザ120の外径の周りに配置(位置決め)する。この記憶材は、その未膨張形状又は一時的な形状でディフューザ120の周りに配置されている。ステップ310で、坑井ポンプの第2の坑井ポンプ段を組み付ける。ステップ312では、第2の記憶材を、ステップ310で組み付けたポンプ段のディフューザの外径に等しい内径を有すると共に、ポンプハウジング114の内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成する。ステップ314で、リング形状の第2の記憶材を、第2のポンプ段のディフューザの外径の周りに配置する。この記憶材は、その未膨張形状又は一時的な形状で第2のディフューザの周りに配置されている。ステップ316で、第1の坑井ポンプ段126aを第2のポンプ段126bと直列に取り付けてポンプ束116を形成する。ステップ318で、ポンプ束116をポンプハウジング114へ挿入する。ステップ320で、ポンプ束116とポンプヘッド部102との間に圧縮管104を取り付ける。ステップ322で、ポンプハウジング114の上向穴端部128にポンプヘッド部102を取り付ける。ポンプヘッド部102及びポンプ基部134は、ねじ接続によってポンプハウジングへ取り付けることができる。 This subject can be carried out using the exemplary method 300 shown in FIG. The steps of method 300 can be performed in parallel, sequentially, or in a different order than that shown in FIG. First, take out the pump base from the inventory. In step 302, the lower diffuser spacer 132 is attached to the pump base 134. The pump base 134 is then attached to the housing 114 or the pump base 134 is set aside until the pump stage 126 is complete. At that point, the pump stage is connected to the lower diffuser spacer 132. Before that can happen, in step 304, the well pump stage 126 of the well pump 100 is assembled. This step of assembling the pump stage can include placing the impeller 118 within the first diffuser 120. In step 306, the storage material is formed into a ring shape having an inner diameter equal to the outer diameter of the diffuser 120 of the pump stage 126 previously assembled and having an outer diameter smaller than the inner diameter of the pump housing 114. In step 308, the ring shape storage material is placed (positioned) around the outer diameter of the diffuser 120. The storage material is arranged around the diffuser 120 in its unexpanded or temporary shape. In step 310, the second well pump stage of the well pump is assembled. In step 312, the second storage material is formed into a ring shape having an inner diameter equal to the outer diameter of the diffuser of the pump stage assembled in step 310 and having an outer diameter smaller than the inner diameter of the pump housing 114. In step 314, a ring-shaped second storage material is placed around the outer diameter of the diffuser in the second pump stage. The storage material is placed around the second diffuser in its unexpanded or temporary shape. In step 316, the first well pump stage 126a is attached in series with the second pump stage 126b to form the pump bundle 116. At step 318, the pump bundle 116 is inserted into the pump housing 114. In step 320, the compression pipe 104 is attached between the pump bundle 116 and the pump head portion 102. In step 322, the pump head portion 102 is attached to the upward hole end portion 128 of the pump housing 114. The pump head portion 102 and the pump base portion 134 can be attached to the pump housing by screw connection.

本主題のいくつかの実施を説明した。それにもかかわらず、本主題の主旨及び範囲から逸脱することなく様々な改変が可能であることが理解されよう。例えば、SMPの代わりに形状記憶合金が使用され得る。したがって、他の実施は以下の特許請求の範囲に包含される。 Some implementations of this subject have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications are possible without departing from the gist and scope of this subject. For example, shape memory alloys may be used instead of SMP. Therefore, other practices are included in the claims below.

100 ESP(電動水中(液中)ポンプ)
102 ポンプヘッド部
104 圧縮管
108、110 回転阻止バンド
112a、112b ディフューザ
114 ハウジング
118 インペラ
126 ポンプ段
132 下側ディフューザスペーサ
134 ポンプ基部
100 ESP (Electric submersible (in liquid) pump)
102 Pump head 104 Compression pipe 108, 110 Rotation blocking band 112a, 112b Diffuser 114 Housing 118 Impeller 126 Pump stage 132 Lower diffuser spacer 134 Pump base

Claims (21)

坑井ポンプであって:
第1の端部と第2の端部とを備えるポンプハウジングと;
前記ポンプハウジング内に位置決めされたポンプ段であって、固定されたディフューザと、前記ディフューザ内に位置決めされた回転するインペラと、を備えるポンプ段とを備え;
前記インペラは、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成され、前記ディフューザは、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すために前記回転するインペラから受け取った前記運動エネルギーを揚程に変換するように構成され;
前記坑井ポンプは、更に、前記ポンプハウジングの前記第1の端部に取り付けられたポンプヘッド部と;
前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間に取り付けられた圧縮管であって、前記ディフューザが前記インペラとともに回転するのを阻止するために前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間の接触力を増大させるように構成された圧縮管と;
前記ディフューザの外径の周りに位置決めされたリング形状の記憶材とを備え;
前記記憶材は、前記坑井ポンプの坑井作動温度に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張して、前記坑井作動温度での前記坑井ポンプの作動時に前記ポンプハウジングの内面との間で締り嵌めを形成するように構成されており、リング形状の前記記憶材は、前記ディフューザの半径方向の厚さが最大となる前記ポンプハウジングの縦軸に沿う位置に位置決めされている;
坑井ポンプ。
Well pump:
With a pump housing having a first end and a second end;
A pump stage positioned within the pump housing, comprising a fixed diffuser and a rotating impeller positioned within the diffuser;
The impeller is configured to rotate to provide kinetic energy to flow the fluid through the well pump, and the diffuser is received from the rotating impeller to flow the fluid through the well pump. It is configured to convert the kinetic energy into a pump;
The well pump further comprises a pump head portion attached to the first end of the pump housing;
A compression tube attached between the pump head and the diffuser, which increases the contact force between the pump head and the diffuser to prevent the diffuser from rotating with the impeller. With a compression tube configured to;
With a ring-shaped storage material positioned around the outer diameter of the diffuser;
The storage material reversibly expands from a temporary state to a permanent state according to the well operating temperature of the well pump, and the pump is operated when the well pump is operated at the well operating temperature. The ring-shaped storage material is configured to form a tight fit with the inner surface of the housing and is positioned along the longitudinal axis of the pump housing to maximize the radial thickness of the diffuser. Has been;
Well pump.
前記ポンプハウジングの前記第2の端部に取り付けられたポンプ基部を更に備える、
請求項1に記載の坑井ポンプ。
Further comprising a pump base attached to the second end of the pump housing.
The well pump according to claim 1.
前記ディフューザは、前記ポンプハウジングの前記第1の端部と前記インペラとの間に位置決めされた第1のディフューザであり;
前記ポンプハウジングの前記第2の端部と前記インペラとの間に位置決めされた第2のディフューザと;
前記ポンプ基部と前記第2のディフューザとの間に取り付けられた下側ディフューザスペーサと;を更に備える、
請求項2に記載の坑井ポンプ。
The diffuser is a first diffuser positioned between the first end of the pump housing and the impeller;
With a second diffuser positioned between the second end of the pump housing and the impeller;
Further comprising a lower diffuser spacer attached between the pump base and the second diffuser;
The well pump according to claim 2.
前記リング形状の記憶材は、前記ディフューザの外面と接触する記憶材内面と、前記ポンプハウジングの前記内面から距離を隔てた記憶材外面とを有し、前記坑井作動温度での前記坑井ポンプの前記作動時に、前記リング形状の記憶材は、前記一時的な状態から前記永続的な状態へと少なくとも前記ポンプハウジングの前記内面まで膨張するように構成されている、
請求項1に記載の坑井ポンプ。
The ring-shaped storage material has an inner surface of the storage material in contact with the outer surface of the diffuser and an outer surface of the storage material separated from the inner surface of the pump housing, and the well pump at the well operating temperature. At the time of the operation, the ring-shaped storage material is configured to expand from the temporary state to the permanent state at least to the inner surface of the pump housing.
The well pump according to claim 1.
坑井ポンプ組立温度が前記坑井作動温度より低く、前記リング形状の記憶材は、前記坑井ポンプ組立温度で前記一時的な状態にあり、前記坑井作動温度で前記永続的な状態に戻るように構成されている、
請求項1に記載の坑井ポンプ。
The well pump assembly temperature is lower than the well operating temperature, and the ring-shaped storage material is in the temporary state at the well pump assembly temperature and returns to the permanent state at the well operating temperature. Is configured to
The well pump according to claim 1.
前記リング形状の記憶材は、前記坑井ポンプの温度が前記坑井作動温度と前記坑井ポンプ組立温度との間を複数回にわたって変化しても劣化することなく前記一時的な状態と前記永続的な状態との間で前記複数回にわたって可逆的に移行するように構成されている、
請求項5に記載の坑井ポンプ。
The ring-shaped storage material has the temporary state and the permanent state without deterioration even if the temperature of the well pump changes between the well operating temperature and the well pump assembly temperature a plurality of times. It is configured to reversibly transition to and from the above-mentioned multiple times.
The well pump according to claim 5.
前記一時的な状態では、前記ポンプハウジングの半径に沿う前記リング形状の記憶材の幅は、前記ポンプハウジングの前記内面と前記ディフューザの外面との間の隙間の厚さよりも小さく、前記永続的な状態では、前記ポンプハウジングの前記半径に沿う前記リング形状の記憶材の前記幅は、前記隙間の厚さに等しい、
請求項1に記載の坑井ポンプ。
In the temporary state, the width of the ring-shaped storage material along the radius of the pump housing is smaller than the thickness of the gap between the inner surface of the pump housing and the outer surface of the diffuser, and is permanent. In the state, the width of the ring-shaped storage material along the radius of the pump housing is equal to the thickness of the gap.
The well pump according to claim 1.
前記インペラは第1のインペラであり、前記ディフューザは第1のディフューザであり、前記リング形状の記憶材はリング形状の第1の記憶材であり、前記第1のインペラと前記第1のディフューザとが第1のポンプ段を形成し、前記坑井ポンプは、前記第1のポンプ段と直列に接続された第2のポンプ段を更に備え、前記第2のポンプ段は:
前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成された回転する第2のインペラと;
前記ポンプハウジング内に位置決めされた固定された第2のディフューザであって、前記第2のインペラの上方に位置決めされ、前記第2のインペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして、応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する、固定された第2のディフューザと;
前記第2のディフューザの周りに位置決めされているリング形状の第2の記憶材であって、前記坑井ポンプの坑井作動温度に応じて一時的な形状から永続的な形状へ可逆的に膨張して、前記坑井作動温度での前記坑井ポンプの作動の間に前記ポンプハウジングの前記内面との間で締り嵌めを形成するように構成されているリング形状の第2の記憶材と;を備える、
請求項1に記載の坑井ポンプ。
The impeller is a first impeller, the diffuser is a first diffuser, and the ring-shaped storage material is a ring-shaped first storage material, the first impeller and the first diffuser. Formed a first pump stage, the well pump further comprises a second pump stage connected in series with the first pump stage, the second pump stage being:
With a rotating second impeller configured to rotate to provide kinetic energy to flow fluid through the well pump;
A second diffuser fixed positioned within the pump housing, is positioned above the second impeller, receive the kinetic energy from the second impeller, and the response motion With a fixed second diffuser that converts energy into a head for flowing the fluid through the well pump;
A ring-shaped second storage material positioned around the second diffuser, which reversibly expands from a temporary shape to a permanent shape according to the well operating temperature of the well pump. and, a second memory member of ring-shaped and configured to form an interference fit between said inner surface of said pump housing during operation of the well pump in front Kianai operating temperature With;
The well pump according to claim 1.
前記ポンプハウジングの縦軸に沿う前記リング形状の第1の記憶材の軸方向の高さは、前記ポンプハウジングの前記縦軸に沿う前記リング形状の第2の記憶材の軸方向の高さと同じである又は異なる、
請求項8に記載の坑井ポンプ。
The axial height of the ring-shaped first storage material along the vertical axis of the pump housing is the same as the axial height of the ring-shaped second storage material along the vertical axis of the pump housing. Or different,
The well pump according to claim 8.
前記記憶材は、前記ディフューザの回転を阻止するのに十分な強度を有する締り嵌めを形成するように構成されている、
請求項1に記載の坑井ポンプ。
The storage material is configured to form a tight fit that is strong enough to prevent the diffuser from rotating.
The well pump according to claim 1.
前記リング形状の記憶材は前記ポンプハウジングの縦軸に沿う軸方向高さを有し、前記軸方向高さは前記ディフューザの壁厚に基づく、
請求項1に記載の坑井ポンプ。
The ring-shaped storage material has an axial height along the vertical axis of the pump housing, and the axial height is based on the wall thickness of the diffuser.
The well pump according to claim 1.
坑井ポンプの坑井ポンプ段を組み立てるステップを備え、
前記坑井ポンプ段は、
前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成された回転するインペラと、
ポンプハウジング内に位置決めされ、前記インペラの上方に位置決めされて、前記インペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する、固定されたディフューザとを備え;
更に、ポンプヘッド部を前記ポンプハウジングの上向穴端部に取り付けるステップと;
前記ポンプハウジングの内面と前記ディフューザの外面とは隙間によって分離されており、前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間の圧縮管であって前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間の接触力を増大させるように構成された圧縮管を取り付けるステップと;
記憶材を、前記ディフューザの外径以上の内径を有し且つ前記ポンプハウジングの内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成するステップと;
前記リング形状の記憶材を、前記ディフューザの半径方向の厚さが最大となる前記ポンプハウジングの縦軸に沿う位置で、前記ディフューザの前記外径の周りに配置するステップと;を備える、
方法。
With steps to assemble the well pump stage of the well pump
The well pump stage
A rotating impeller configured to rotate to provide kinetic energy for flowing fluid through the well pump,
Is positioned within the pump housing, is positioned above the impeller, receive the kinetic energy from the impeller, and the kinetic energy in response, into a lift for flowing said fluid through said wellbore pump , With a fixed diffuser;
Further, with the step of attaching the pump head portion to the upward hole end portion of the pump housing;
The inner surface of the pump housing and the outer surface of the diffuser are separated by a gap, and the compression pipe between the pump head portion and the diffuser increases the contact force between the pump head portion and the diffuser. With the step of installing a compression tube configured to allow;
With the step of forming the storage material into a ring shape having an inner diameter equal to or larger than the outer diameter of the diffuser and having an outer diameter smaller than the inner diameter of the pump housing;
The ring-shaped storage material is provided with a step of arranging the ring-shaped storage material around the outer diameter of the diffuser at a position along the vertical axis of the pump housing where the thickness in the radial direction of the diffuser is maximized.
Method.
前記記憶材を前記リング形状に形成するステップは、前記記憶材の前記外径が前記ポンプハウジングの前記内径以上である永続的な状態から、前記記憶材の前記外径が前記ポンプハウジングの前記内径よりも小さい一時的な状態まで、前記リング形状の記憶材を変形させるステップを備え、前記記憶材は、前記一時的な状態よりも前記永続的な状態の方が硬い、
請求項12に記載の方法。
The step of forming the storage material into the ring shape is from a permanent state in which the outer diameter of the storage material is equal to or larger than the inner diameter of the pump housing, and the outer diameter of the storage material is the inner diameter of the pump housing. The ring-shaped storage material is provided with a step of deforming the ring-shaped storage material to a smaller temporary state, and the storage material is harder in the permanent state than in the temporary state.
The method according to claim 12.
前記記憶材は、ダウンホールへ設置する前の組立て時には前記一時的な状態にあり、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールに位置決めされていて作動していない時の坑井ポンプ温度では前記永続的な状態にあり、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールに位置決めされていて作動している時の坑井作動温度では前記永続的な状態にある、
請求項13に記載の方法。
The storage material is in the temporary state at the time of assembly before being installed in the down hole, and at the well pump temperature when the well pump is positioned in the down hole in the well and is not operating. It is in a permanent state and is in the permanent state at the well operating temperature when the well pump is positioned and operating in a downhole in the well.
13. The method of claim 13.
前記記憶材を前記リング形状に形成するステップは、前記坑井ポンプの温度が坑井作動温度と坑井ポンプ組立温度との間を複数回変化しても劣化することなく前記一時的な状態と前記永続的な状態との間を可逆的に複数回移行するように前記記憶材を形成するステップを備える、
請求項13に記載の方法。
The step of forming the storage material into the ring shape is the temporary state without deterioration even if the temperature of the well pump changes a plurality of times between the well operating temperature and the well pump assembly temperature. A step of forming the storage material so as to reversibly transition from the permanent state a plurality of times is provided.
13. The method of claim 13.
前記坑井ポンプ段は第1の坑井ポンプ段であり、前記インペラは第1のインペラであり、前記ディフューザは第1のディフューザであり、前記記憶材は第1の記憶材であり、
前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを供給するために回転するように構成された回転する第2のインペラと、
前記ポンプハウジング内に位置決めされた固定された第2のディフューザであって、前記第2のインペラの上方に位置決めされ、前記第2のインペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換するように構成された固定された第2のディフューザと、を備える第2の坑井ポンプ段を、前記坑井ポンプにおいて組み立てるステップと;
第2の記憶材を、前記第2のディフューザの外に等しい内径を有し且つ前記ポンプハウジングの内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成するステップと;
前記リング形状の第2の記憶材を前記第2のディフューザの前記外径の周りに位置決めするステップと;
前記第1の坑井ポンプ段を前記第2の坑井ポンプ段と直列に取り付けるステップと;を更に備える、
請求項12に記載の方法。
The well pump stage is a first well pump stage, the impeller is a first impeller, the diffuser is a first diffuser, and the storage material is a first storage material.
A rotating second impeller configured to rotate to supply kinetic energy for flowing fluid through the well pump.
A second diffuser fixed positioned within said pump housing, said positioned above the second impeller, said receiving the kinetic energy from the second impeller, and the kinetic energy in response With a step of assembling a second well pump stage in the well pump, comprising a fixed second diffuser configured to convert the fluid into a lift for flowing the fluid through the well pump. ;
With the step of forming the second storage material into a ring shape having an inner diameter equal to the outer diameter of the second diffuser and having an outer diameter smaller than the inner diameter of the pump housing;
With the step of positioning the ring-shaped second storage material around the outer diameter of the second diffuser;
Further comprising: mounting the first well pump stage in series with the second well pump stage;
The method according to claim 12.
坑井ポンプであって:
第1の端部と第2の端部とを備えるポンプハウジングと;
前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成された回転するインペラと;
前記ポンプハウジングの前記第1の端部と前記インペラとの間の前記ポンプハウジング内に位置決めされ、前記インペラの上方に位置決めされて、前記インペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして、応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換するように構成された固定された第1のディフューザと;
前記ポンプハウジングの前記第1の端部に取り付けられたポンプヘッド部と;
前記ポンプハウジングの前記第2の端部に取り付けられたポンプ基部と;
前記ポンプハウジングの前記第2の端部と前記インペラとの間に位置決めされた第2のディフューザと;
前記ポンプヘッド部と前記第1のディフューザとの間に取り付けられた圧縮管であって、前記第1のディフューザが前記インペラとともに回転するのを阻止するために前記ポンプヘッド部と前記第1のディフューザとの間の接触力を増大させるように構成された圧縮管と;
前記ポンプ基部と前記第2のディフューザとの間に取り付けられた下部ディフューザスペーサと;
前記第1のディフューザの外径の周りに位置決めされたリング形状の第1の記憶材であって、前記坑井ポンプの坑井作動温度に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張するように構成され、前記永続的な状態よりも前記一時的な状態の方が剛性が低く、前記第1のディフューザの半径方向の厚さが最大となる前記ポンプハウジングの縦軸に沿う位置に位置決めされている、リング形状の第1の記憶材と;
前記第2のディフューザの外径の周りに位置決めされたリング形状の第2の記憶材であって、前記坑井ポンプの坑井作動温度に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張するように構成され、前記永続的な状態よりも前記一時的状態の方が剛性が低く、前記第2のディフューザの半径方向の厚さが最大となる前記ポンプハウジングの縦軸に沿う位置に位置決めされている、リング形状の第2の記憶材と;を備える、
坑井ポンプ。
Well pump:
With a pump housing having a first end and a second end;
With a rotating impeller configured to rotate to provide kinetic energy to flow fluid through the well pump;
Wherein said first end portion of the pump housing is positioned in said pump housing between the impeller is positioned above the impeller, receive the kinetic energy from the impeller, and, wherein in response With a fixed first diffuser configured to convert kinetic energy into a lift for flowing the fluid through the well pump;
With the pump head portion attached to the first end of the pump housing;
With the pump base attached to the second end of the pump housing;
With a second diffuser positioned between the second end of the pump housing and the impeller;
A compression tube attached between the pump head portion and the first diffuser, the pump head portion and the first diffuser in order to prevent the first diffuser from rotating with the impeller. With a compression tube configured to increase contact force with;
With a lower diffuser spacer attached between the pump base and the second diffuser;
A ring-shaped first storage material positioned around the outer diameter of the first diffuser, which is reversible from a temporary state to a permanent state depending on the well operating temperature of the well pump. Along the vertical axis of the pump housing, which is configured to expand to, the temporary state is less rigid than the permanent state, and the radial thickness of the first diffuser is maximum. With a ring-shaped first storage material positioned in position;
A ring-shaped second storage material positioned around the outer diameter of the second diffuser, which is reversible from a temporary state to a permanent state depending on the well operating temperature of the well pump. configured to expand into the permanent the transient condition of it is less rigid than the state, along the longitudinal axis of the pump housing where the thickness of the radial direction of the second diffuser is maximum With a ring-shaped second storage material positioned in position;
Well pump.
前記永続的な状態において、前記第1の記憶材は、前記第1のディフューザと前記ポンプハウジングとの間に、前記第1のディフューザの回転を阻止する強度を有する締り嵌めを形成するように構成されており、前記第2の記憶材は、前記第2のディフューザと前記ポンプハウジングとの間に、前記第2のディフューザの回転を阻止する強度を有する締り嵌めを形成するように構成されている、
請求項17に記載の坑井ポンプ。
In the permanent state, the first storage material is configured to form a tight fit between the first diffuser and the pump housing that has the strength to prevent the rotation of the first diffuser. The second storage material is configured to form a tight fit between the second diffuser and the pump housing that has the strength to prevent the second diffuser from rotating. ,
The well pump according to claim 17.
前記第1の記憶材及び前記第2の記憶材は、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールで作動する坑井作動温度に応じて前記一時的な状態から前記永続的な状態まで膨張するように構成されている、
請求項17に記載の坑井ポンプ。
The first storage material and the second storage material expand from the temporary state to the permanent state according to the operating temperature of the well in which the well pump operates in the down hole in the well. Is configured to
The well pump according to claim 17.
前記第1の記憶材及び前記第2の記憶材は、前記坑井作動温度の変化に応じて前記永続的な状態から前記一時的な状態まで収縮するように構成されている、
請求項17に記載の坑井ポンプ。
The first storage material and the second storage material are configured to shrink from the permanent state to the temporary state in response to a change in the operating temperature of the well.
The well pump according to claim 17.
前記第1の記憶材及び前記第2の記憶材は、坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度より低いときに前記一時的な状態にとどまり、前記坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度以上であるときに前記永続的な状態まで膨張するように構成されている、
請求項17に記載の坑井ポンプ。
The first storage material and the second storage material remain in the temporary state when the well pump temperature is lower than the well operating temperature, and the well pump temperature is equal to or higher than the well operating temperature. It is configured to inflate to the permanent state at one time,
The well pump according to claim 17.
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