JPS6114491A - 流体圧送用ポンプ装置及びそのためのスクリユー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は疏１体圧送用ポンプ装置、特に油田等において
掘削穴から原油等の流体を汲み上げるために用いられる
流体圧送用ポンプ装置及びそのためのスクリュー装置に
関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点地盤に形
成された深い掘削穴から原油等の流体を汲み上げる場合
には、一般に御削穴内に挿入できる遠心ポンプやピスト
ンを使用している。しかしながら、このような利用分野
においては、これらポンプに次のような欠点がある。す
なわぢ、遠心ポンプにあっては、個々の能力が限られて
おり、捷た掬削穴が通常深いこともあり、複数の遠心ポ
ンプを直列に長く接続（−なければならないばかりでな
く、原油粘度が高い場合には効率低下を招くことがある
。一方、ピストンポンプにあっては、ｉｒｆ容できない
程度までビストンストロークを太きくとらないことには
長距離輸送ができないため。

適用範囲が比較的浅い掘削穴のみに限定されていた。

また、掘削穴の原油汲み土げのためにスクリューポンプ
ケ用いる試みもなされたことがあるが、今までのところ
充分に成功をおさめたものはない。

これは、掘削敷用ポンプの要件として、低圧側で径方向
に延びる入口と高圧側で軸方向に延びる出ロケ設ける必
要があるが、このような構成のもので効果的Ｖｃ機能を
有するスクリューポンプを作製することが非常に困難で
あったためである。

本発明の目的は、大深度の掘削穴における極度の層圧条
件下において１種々な粘度でかつ棟々なカス含有率の原
油をも汲み上げることができる流体圧送用ポンプ装置及
びそれに使用するのに適するように軸方向長さを短かく
することができるスクリュー装置を提供することにある
。

問題点を解決するための手段 上記従来の問題点を解決するために、本発明は、掘削穴
内に挿入されるスクリュー装置と、このスクリコー装置
Ｖこその下方にて連結さ層、るモータとを噛える原ｌ＋
１１等の流体全圧送するためのポンプ装置１￥であって
、ｔｊｉＪ記スクリスクリュー装置と出［」と領有する
ハウジングｆ！：ｌ＋ｔｆｉえ、このハウジング内に＋
ｉｆｊ記モータに結合さｉｔた輔Ｋｌを慣する主スクリ
ューを設けると共（（、この主スクリュー咬合する副ス
クリューを設け、撓１削穴と連通させるべくハウジンク
Ｖこ径方向Ｖｒｃ設けた前記人Ｌ１がらＺ寮人した流体
が主スクリューの軸部がら離れた側ＶＣ設けた＋ｉｉＪ
記出口より７４シ出するように前記モータを回１軟ｊ財
動するようＶＣ構成した流体圧送用ポンプ装置を提供す
る。

実施、例 」εノド、本発明の一実施例を１ム（ｑ図面に基ついて
ｉ況明すな。

第１図において、（Ｂ）はｔａ盤に形１戊した掘削穴を
示しており、一般的には直径が１２．７−で深さが５０
００ｍぐらいである。掘削穴（Ｂｌは原油やガス弄で部
分的に満されており、この中に導入パイプ（１）が挿入
さハ、る。掘削穴（Ｂ）の内圧Ｆで、Ｆ端部に形成した
開［」部（１ａ）を介して原油（場合によっては、ガス
と伴ＶＣ）が；＋！％Ｌ人パイプ（１）内に供給さｔす
る。導入バイブ（］）の上端部には上片１ユニット（２
）か設けられており、この上部ユニット（２）は、特に
掘削穴０３）から別な場所１で移送したり、下方のポン
プ装置及びその関連宛品全文持すると共に、ポンプ装＋
ｊ；ｉを）１１１転操作するための機構を１拍えるもの
である。

ポンプ装％Ｉはケーブル（６）ヲ介して上ｒ：（Ｓユニ
ット（２）から電カケ受ける′ｒＦ動モータ（，３）と
この七−夕（３）にボルト固定さバーでポンプとして作
用する涌冨本式スクリュー装置（４）とからなる６、ス
クリューヌで置（４）ＶＣは、包数のパイプを上部ユニ
ット（２）−まで延びるように直列接続してなる１記管
（５）がボルト１静定さハ、でいる。

第２図はスクリュー装置の中央７ｉＪ１分を示しており
、（７）（８）はそれぞれモータ（３）及び配管（５）
（第１図）に接続された端本パイプケ示している。両端
末パイプ（７）　（８）は筒状ケース（９）に螺合され
ている。一方の端末パイプ（７）（は、開口ＱＯを胸し
ており、この開口ＱＱは筒状ケース（９）の内部に通じ
るべく径方向にＭ”２１’ｊ　Ｃ）　ｆｌ、　ｋ　入Ｉ
−Ｉ　１ｉｌＪＩ　Ｄ　Ｑｌ）　Ｋ対向していると共に
、端末パイプ（７）の外１４１　ｒｆｎ　ｖｃ設けらノ
］、／こストレナー（ｓｔｒａｉｎｅｒ）ろによりゃわ
れでいる。

円筒状ケース（０）は、相互に屯り台う円形ＩＵｆ面の
：３つの８１孔の合成体として形成された通路を有して
おり、中央の射孔は主スクリュー（１４を収容し、その
外側の１１・１孔は主スクリュー０４に咬合する副スク
リュー０４）　（（〆Ｉ″ｃば、そのうち１つのみを示
す）ｒ収容している。

３つのｉｌｌ孔からなる１ｆｒＪ路は、筒状ケース（９
）の略全長にわたって一定ＩＩ、Ｉｉ　ｉｍ形状で延び
ており、通路の−’４ａはスクリュー装置（４）とモー
タ（３）との間の空間に鼠しており、通路の他喘はスク
リュー装置（４）と配管（５）との１１１１の空間（ｌ
→に開放している。

主スクリュー贈は凸面状スクリュー羽根発有し、１□４
１１スクリユー（１４）は凹面状スクリュー羽根を有［
７゜これらスクリュー羽根は相互にシール状態（密にｊ
シ触した状態）で咬合すると共に、スクリュー羽根の外
縁は曲記和孔の壁面にシール状態で接する。

従ッテ、各スクリュー羽根の谷部には実質的にシールさ
ノ１．た室が形成され、原油がこれら室ＶＣ閉じ込めら
れた状態でスクリュー羽根に沿って移動圧送される。す
なわち、各スクリュー（ＩＳカ圓の開塾により原油が尋
人管（１）とスクリュー装、１１イ（４）との間の空間
に連通する開口四〇υを介し２て径方向Ｖこ尋人さノ１
５、スクリューａ免（１４）によって空間（［５）に回
って軸方向に移送さス］２、さらに配管（５）内を４・
−′送さハ、で、最終的に上部ユニット（２）による搬
送が行なわれるものである。

副スクリュー０勺の入口１１１１Ｉ堵１部には／くラン
スビス１−ン（イ）が設けられており、該バランスピス
トン（２）は外１１＋１１れｄ孔ｑ）内／ｆｆｉ壁に、
径方向に接すると共に、主スクリュー（］４の棚部外周
面との間には小さなギャップを形成［−でいる。主スク
リューＱ３１の軸部にもやはりバランスピストン（至）
が設けらス１−でおり、その直径は中央ｈ［孔の直径と
同じにしで、中央縦孔の内周壁に径方向に接するように
しである。バランスピストンｎはバランスピストン（イ
）よりも軸力同外仰１に位ｉａシており、これらの対向
側面盛■１１１」にけ角変幅のギヤツブ囚が形成される
。

主スクリュー（１：や７月ｍｌ＋　ｒ４Ｒはバランスピ
ストン（ハ）よりもさらに外ＩＬ１１１に／１１ｒ：出
されて、筒状ケース（９）と伴にスクリュー装置＋４＋
のハウジングを形成するカバーＧ刈に設けられたベアリ
ンクｅυに支承されている。

主スクリューｔ１３１の細部（は、′ｉｔ動モータ（３
）の出力軸に、＃−１’　１．−　Ｊｉｉ呪目在の結合
形成全行なうためのスプライン部（４９をｆｌ＃＋える
、 主スクリュー（ＥＣの軸部上には、バランスピストンｑ
４の前記対向側面（イ）と反対の側面に隣接してさらに
バラン７１月カラー＆ｆｉが自己設されている。カラー
〇金の左側ｒ［ｉｌば、カバ〜（７）の右ｊｌｌ１面、
主スクリュー（＋＋ｂの１！！Ｉ１１部外周面、及びカ
バー呟多とカラー（ホ）とにそＶ、ぞノＬＪ４５！イｑ
けら力、た摩擦リンク（２７１翰とともに第１に力￥に
）を画定する。一方、カラー（イ）の右側面は、バラン
スピストン（ハ）の外周面、バランスピストン（，４’
ｌｒの対向ｌ１１１１面シロ、及び筒状ケース（９）の
内面とともに第２圧力室り０を画定する。

第１圧力室（ハ）は、主スクリュー（１３内の縦ダクト
（７）及び横ダクト９（！１９を介［−で空間ａａｖｃ
連通する。両厚操リング＠い珍問には可変幅のギャップ
（Ｃ）が形成さ力、このギャップ（Ｃ）が第１圧力室（
ハ）の出口として機能する。

第２Ｌｌ：力室に）は、カラー翰の軸方向に形成した貫
通孔■及びギャップ（Ｃ）　’に介して個別に第１圧力
室＠と連通する。第２圧力室く（りの出口は前記ギヤツ
７’ＣＡ＋により構成さｔムる。

両ダクト（７）（ハ）を介して原油が第１圧力室（至）
にノ桿入されるが、その際の圧力は空間ａθにおけるス
クリュー装ｋ　（４）の出口圧に対応している。この出
口圧は各スクリューｃｔ、ｉ　Ｑ４１の右側端面にも作
用し、これらスクリューＱ３　（ｌψを左側に変位させ
ようとする。

カラー（４）の左側面において、主スクリュー（１３の
細部と摩擦リング四との間に位置する部分の表面積は、
各スクリュー０３　（１４）を収容する筒状ケース（９
）の縦孔断面積の総和よりも大きいので、カラー（４）
の左側面に作用する油圧は主スクリューθを右側に変位
させようとする。

カラー（ハ）とカバー（至）（ハウジングの一部）との
　　。

間の静圧軸受を形成するギャップ（Ｃ）の幅は、第１圧
力室（ハ）内の圧力及び主スクリューα４に負荷される
軸方向力＃ｃ応じて変化する。主スクリュー（１３にか
かる左□則への軸方向力が増加すると、ギャップ（Ｃ）
の減少に起因して第１圧力室（ハ）内の圧力が上昇する
ため主スクリューＵはカラー（４）？介して右側に復帰
しようとする。

第２圧力室（２）内の圧力は、スクリュー＝ＡＭ＜４７
の低圧（入口）側の圧力及びスクリュー装置（４）の高
圧（出口）側に連通ずる第１圧力室（ハ）に貫通孔■ト
ギヤッ７”　（Ｃ１ｋ介して連通ずることによって与え
ら２上る圧力の和に実質的に対応する。貫通孔くＡの寸
法は、第２圧力室Ｃ（ａ内の圧力が副スクリューＣ１４
）にかかる軸方向力よりも常に大きくなって、バランス
ピストン（４）陶間の流出用ギャップ（５）が維持され
、それらの対向側面轍四間の機械接触が回避でき々よう
に設定する必要がある。また、貫通孔（ロ）の寸法は、
種々な運転条件に適合するように調整自在とすることも
できる。

以−ヒの実施例においては、メクリ二−装置（４）は、
電動モータ（３）によりスクリュー（１４（ロ）を一方
向にのみ回転させて、御削穴（１３）から原油番汲み上
げる技術との関連で説明した。　Ｌ２かしながら、モー
タ（３）の回転方向を一時的に逆転して、原油を空間Ｑ
→から開口四０１）全通って流すことにより、ストレナ
ー（２）の外面に堆積した異物（これは通常運転時にお
ける原油汲み上げを困難又は不可能にすることがある）
を両説させることが可能となる。なお、この場合でも、
前述したバランス化作用によって、スクリュー（至）←
褐に許容できない程度の軸方向ストレスがかかるのを防
止できるものである。

本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、冒
頭の特許請求の範囲内で自由に変更できるものである。

発明の効果 以上述べた如く、本発明の流体圧送用ポンプ装置、特に
そのためのスクリュー装置によれば、異なる部品及び圧
力室の協働によって、深い珈削穴からの原油汲み上げが
可能となり、その際に深い掘削穴特有の条件下において
も、主スクリュー及び副スクリューにかかる軸方向力を
バランス化して効果的で信頼性の高い運転を確保できる
ようになつブこ。

【図面の簡単な説明】

第１図は掘削穴からの原油汲み上けに使用した本発明の
一実施例に係るポンプ装置？示す縦断面図、第２図は同
ポンプ装置におけるスクリュー装置１なを示す断面図で
ある。 （３）・・モータ、（４）・・・スクリュー装置ｉ’＋
、（９）・・・筒状ケース、（１，Ｏｎ−１井Ｉ　Ｌｌ
　、　（＋２）−、（トレナー、　（１９＝−主スクリ
ュー、Ｏ・ト・・副スクリュー、（イ）（ハ）・・・バ
ランスピストン、（ハ）（ハ）・・・対向側面、呟）・
・・バランス用カラー、（２７１（イ）・・・１撃擦リ
ング、漫・・・第１圧力室、ζ久３・・カバー、Ｃ侵・
・・第２圧力室、−・・・貫通孔、ｃり９・・れトクク
ト、（層・・・横ダクト、■ｆＣ１・・・ギャップ、（
Ｂｌ・抜削穴代理人　　　森　　本　　義、　　弘 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、掘削穴内に挿入されるスクリュー装置と、このスク
   リュー装置にその下方にて連結されるモータとを備える
   原油等の流体を圧送するためのポンプ装置であつて、前
   記スクリュー装置が入口と出口とを有するハウジングを
   備え、このハウジング内に前記モータに結合された軸部
   を有する主スクリューを設けると共に、この主スクリュ
   ーに咬合する副スクリューを設け、掘削穴と連通させる
   べくハウジングに径方向に設けた前記入口から流入した
   流体が主スクリューの軸部から離れた側に設けた前記出
   口より流出するように前記モータを回転駆動するように
   構成した流体圧送用ポンプ装置。 ２、入口がストレナー等のフィルターを備えており、モ
   ータの回転方向を逆転することにより流体が一時的にフ
   ィルターを通つて流出することができるようにした特許
   請求の範囲第１項に記載の流体圧送用ポンプ装置。 ３、各スクリューが、同じ側の端部において、スクリュ
   ーにかかる軸方向力を流体力学的にバランスするべく相
   互に協働するバランスピストンを備えており、主スクリ
   ューがバランス用カラーを備えており、このバランス用
   カラーの一側面がハウジングの一部と協働してスクリュ
   ー装置の出口に連通する軸方向に可変の第１圧力を画定
   しており、バランス用カラーの他側面が副スクリューの
   バランスピストンと協働してスクリュー装置の出口に絞
   り連通する軸方向に可変の第２圧力室を画定している特
   許請求の範囲第１項に記載の流体圧送用ポンプ装置。 ４、バランス用カラーが絞り連通のための貫通孔を備え
   ている特許請求の範囲第３項に記載の流体圧送用ポンプ
   装置。 ５、第２圧力室内の圧力が主スクリューのバランスピス
   トンと副スクリューのバランスピストンとの間の距離を
   増加させるように作用すると共に、この距離を減少させ
   るように作用する第１圧力室内の圧力よりも小さい特許
   請求の範囲第３項に記載の流体圧送用ポンプ装置。 ６、入口と出口とを備えるハウジングを設け、このハウ
   ジング内に低圧側にて外部に突出する軸部を備えた主ス
   クリューとこの主スクリューに咬合する副スクリューと
   を設け、各スクリューの低圧側端部に、スクリューにか
   かる軸方向力を流体力学的にバランスすべく相互に協働
   するバランスピストンを設け、主スクリューがバランス
   用カラーを備えており、このバランス用カラーの一側面
   がハウジングの一部と協働して前記出口に連通する軸方
   向に可変の第１圧力室を画定しており、バランス用カラ
   ーの他側面が副スクリューのバランスピストン及び主ス
   クリューのバランスピストン並びにハウジングの一部と
   協働して前記出口に絞り連通する軸方向に可変の第２圧
   力室を画定していることを特徴とするスクリュー装置。 ７、第１圧力室の断面積が、各スクリューを収容すべく
   ハウジングに設けた縦孔の総断面積よりも大きい特許請
   求の範囲第６項に記載のスクリュー装置。 ８、バランス用カラーが絞り連通のための貫通孔を備え
   ている特許請求の範囲第６項又は第７項に記載のスクリ
   ュー装置。 ９、絞り連通のための通路の寸法を、該通路を介しての
   流体流出が充分大きくなつて、主スクリューのバランス
   ピストンと副スクリューのバランスピストンとの間にギ
   ャップが形成され、バランスピストン同志の機械的接触
   を防止するような大きさに設定している特許請求の範囲
   第６項ないし第８項のいずれかに記載のスクリュー装置
   。 １０、第１圧力室と出口との間の連通が主スクリュー内
   部に形成した縦ダクト及び横ダクトにより達成される特
   許請求の範囲第６項ないし第９項に記載のスクリュー装
   置。 １１、絞り連通のための通路の寸法が調整可能である特
   許請求の範囲第６項に記載のスクリュー装置。