KR20190102200A - 빗나간 유정 구멍으로부터 유체를 생산하기 위한 유압식으로 구동되는 복동식 용적형 펌프 시스템 - Google Patents
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Abstract
유압식으로 작동되는 수중 다단 복동식 용적형 펌프 시스템이 제공된다. 이 시스템은, 유압식으로 작동되는 왕복 선형 복동식 모터로서, 이 모터의 양측의 복동식 유체 펌프들 사이의 중앙에 배치되며 그리고 이 복동식 유체 펌프들에 연결되는 것인, 왕복 선형 복동식 모터를 포함하고, 각 펌프 및 모터의 피스톤들은 모두, 장치의 원통형 몸체의 내벽과 상기 몸체 내에 동심으로 배치된 원통형 생산 유체 도관의 외벽 사이의 환형 공간 내에 구비되어, 유정 구멍 유체를 어셈블리 외부로부터 펌프들을 통해 그리고 중앙 생산 유체 도관 내로 펌핑하도록 한다. 액추에이터를 통한 유압 유체 유동의 유량 및 방향은, 지상의 VFD 모터들 및 PLC 컨트롤러에 의해 그리고 시추공 구성요소들에 장착되는 2개의 제한 스위치 및 적어도 하나의 전자 기계적 밸브를 통해, 제어될 수 있을 것이다.
Description
본 발명의 분야는, 대용량 및 고 신뢰성 펌핑 또는 인공 인양 시스템을 사용하는, 유정 구멍(wellbore)으로부터의 유체의 제거에 관한 것이다하는 것이다.
종래 기술의, 아래에 인용되는 예들에서, 유정 구멍의 바닥 단부에서 라인 내에 설치되는 왕복 선형 펌프를 사용하는 것이, 단부와 단부가 연결되며 그리고, 최하단부에서 펌프 서브 어셈블리에 그리고 최상단부에서 지표면으로부터 펌프 서브 어셈블리까지 동력 하에서 왕복 선형 운동을 제공하는 펌프-잭(pump-jack) 또는 유사한 구동 메커니즘에 부착되는, 일련의 흡입관 로드들(sucker rods)에 의해, 펌프와 지표면 수집 장비 사이에 도관을 부착하는 것이, 그리고, 펌프의, 전형적으로 펌프 서브 어셈블리 내부의 유체 유동을 제어하기 위한 일방향 밸브와 같은 연관된 유동 밸브 제어부들과 함께 실린더 내부에 전개되는 피스톤들의, 왕복 운동을 위한 동력을 공급하는 것이, 알려져 있다. 선형 펌프들은, 각 스테이지에 적절한 일방향 밸브들을 갖는, 리프트 피스톤들 및 패커들(packer)의 시리즈들 또는 스테이지들일 수 있다. 이러한 시스템들은, 진부하며 그리고 오랜 사용으로 유효성이 입증되었고, 높은 신뢰성을 제공하지만, 유정들의 내벽에 충격을 주지 않고 빗나간 유정 구멍 내의 모서리 또는 만곡부 주변에서 선형으로 이동하는 것에 대한 일련의 강성 상호 연결 로드들의 불가능으로 인해, 케이싱 및 로드 시스템 양자 모두에 손상 및 마모를 야기하도록 함에 따라, 빗나간 유정 구멍들(일반적으로 '수평 유정'이라고도 함) 내에는 배치될 수 없다. 또한, 펌프-잭 스타일 리프트 시스템들은, 생성된 유체의 비교적 낮고 불균등한 유량 및 매우 불균등한 압력 프로파일을 제공하여, 더 낮은 펌핑 용적 및 비효율성을 야기한다. 이러한 펌프들은, 매우 일반적이며, 그리고 본 발명의 분야에서의 일반적인 상식의 일부를 형성한다.
최신 시스템은, 수천 피트 길이의 로드 스트링(rod string)의 신장 및 수축 내에서 동력 스트로크에 도입되는 불규칙한 모터 부하 및 기계적 연결로 인해 야기되는, 불균일한 생성 유동을 안정화시기 위해, 지표면의 선형 유압 모터를 갖는 펌프-잭을, 연관된 제어 시스템으로 대체하여, 지표면의 모터 동력이, 이전의 세련되지 못한 펌프-잭 시스템보다는 더 정교하게 제어되는 선형 모터에 의해 또는 왕복 선형 운동을 전달하기 위해 로드 스트링 대신에 유압 유체 동력을 통해, 시추공 펌프로 더 효과적으로 전달되는 것이 기대되며, 그로 인해 통상적인 펌프-잭 시스템의 낮은 펌핑 속도 및 효율을 개선시키는 것이 기대된다. 이에 대한 예가, Dancek의 US2015/0285041 및 Mail의 US 8,851,860에서 볼 수 있다. 이러한 유형의 개선된 펌프 시스템에서, 흡입관 로드에 왕복 선형 구동을 제공하기 위해 유압 램을 사용함에 의해, 그리고 적응형 제어 시스템으로 유압 램을 제어함에 의해, 신규의 것인 유정 구멍 내의 동일한 유형의 흡입관 로드 펌핑 시스템(sucker rod pumping systems)을 구동하기 위해 지표면에서 공급되는 동력이며; 동력 프로파일 및 스트로크 길이 및 사이클 시간은, 컴퓨터에 기초한 적응형 코드 및 압력 및 유동 센서 정보와 더불어, 보다 정교하게 조정될 수 있다. 이러한 시스템들은, 빗나간 유정 구멍들에 내에 전개될 수 없으며, 그리고 펌프가 아니라 지표면에 유압식 스위칭 밸브 제어 장치를 제공한다. 이는, 펌프-잭 선행 기술의 결점이었던, 유량 특성을 개선하는 데 도움이 되며, 그리고 대형 이동 부품을 갖지 않는 유정-헤드(well-head)를 제공하여, 덜 흉물스럽게 하고 아마도 주위 사람들에게 더 안전하게 한다. 이러한 종래 기술의 발명의 수천 피트 길이의 로드 스트링은, 여전히 왕복 구동되어야 하며, 이는, 잠재적으로 수 마일 길이의, 기계적으로 결합되고, 마찰을 일으키고 연결되는 로드 스트링, 및 선형 동력을 시추공 펌프에 공급하는 수톤 질량의 로드 메커니즘을 통해, 구동 에너지의 많은 부분을 낭비한다. 유정 구멍 유체 압력은 여전히, 펌프 플런저의 흡입 및 배출 작동의 왕복 스트로크마다 다량으로 변동하고, 이는 유정 구멍의 스크린 또는 슬롯형 라이너들 주변의 여과된 모래를 교란시키며 그리고 그러한 오염물이 펌프 챔버 내로 흡입되고 축적되어 펌프 밸브를 차단하도록 야기한다. 유정 구멍의 내측 표면 또는 케이싱과의 로드 마찰 및 마모를 방지하기 위해, 이러한 발명들의 시추공 펌프는, 빗나간 유정 섹션 내의 또는 수평 유정 생산 구역에 깊게 배치될 수 없으며, 이는, 이러한 시스템들이, 유정의 유체 생산이 감소할 때, ESP 시스템으로 보완해야만 한다는 것을 의미한다.
다른 시스템들은, 연관된 유정 구멍의 하부 섹션에서 왕복 선형 펌프의 선형 운동을 구동하기 위해, 도관들(스파게티 호스)을 통해 지표면 장비로부터 제공되는 유압을 사용하지만, 유정의 바닥 단부의 펌프 및 액추에이터에 포함되는 기계적으로 트립되거나 트리거되는, 스위칭 밸브 장비에 의해 제어되거나, 또는 지표면에 그들의 스위칭 밸브를 구비한다.
일부 새로운 시스템들은, 동력 유체 압력과 유압 유체 배출 사이에서 스위칭하도록, 통상적인 왕복 펌프에 그리고 그 위에 전개되는 시추공 유압 실린더 액추에이터에 의해 구동되며, 그리고 2개의 도관을 통해 지표면으로부터 제공되는 유압에 의해 구동되는, 통상적인 수중 피스톤/실린더 왕복 운동 펌프 몸체를 제공하며, 각각의 도관은, 지표면에서 제어 장비 및 밸브 시스템에 의해 스위칭되는, 또한 지표면에서 압력 감지 수단에 의해 작동되는, 양자 모두의 기능을 제공한다. 압력 센서 수단은, 상기 2개의 도관에서의 유압 유체 유동이 반전되는 것에 응답하여 고압 유압 동력을 제공하는 도관 내의 압력이 상승할 때(해당 동력 스트로크의 말단으로 추측됨), 신호를 제공한다. 다음과 같은 다양한 문제가 발생한다: 장비는 각 스트로크의 말단에서의 유체 유동 방향의 반전으로 인한 수충격 효과(water-hammer effect) 및 동력 손실이 생길 수 있는 다른 새로운 시스템에서의 문제 중 일부의 문제를 겪고(유압 유체 도관은 길이가 수천 피트 길이의 범위에 있으며, 이는 큰 관성력을 갖는 큰 부피(및 질량)임에 유의하라); 액추에이터 자체는 더 넓은 압력 범위에 노출되며(가압 유압 유체가 공급되기 전에 펌프가 비워지는 측면에서 더 낮은 저압 영역, 유압 유체가 표면에서 스위칭된 이후이지만 표면에서의 스위칭에 의해 기능이 배출 도관이 되는 관련 유압 도관에 의해 완화되기 전에 유압 유체의 운동량이 계속되는 동안 피스톤이 동력 스트로크의 말단에 있는 경우 더 높은 압력 영역); 그리고 유압 라인, 연결부 등과 관련된 모든 부속구는 큰 하중(액추에이터의 피스톤의 왕복을 일으키는 데 엄격히 요구되는 것보다 큼)을 받는다. 또한, 지표면에서의 압력 증가와 시스템에서 생성된 유체의 체적 및 압력 유동 특성에 영향을 주는 동력 유체 유동의 실제 반전 사이에는 필연적인 타이밍 지연이 존재하며; 또한, 이러한 시스템에서 종래의 수중 펌프 및 액추에이터의 구성은, 이들의 상대적 위치(순서) 및 이들의 위치에서의 유정 구멍 및 생산 튜브의 내경에 의해 제한되며, 이는 펌프 위의 액추에이터가, 생성된 유체가 액추에이터를 통과하여야 하는 보어의 용적 또는 횡단면을 제한한다는 것을 의미한다. 이러한 유형의 구성의 예가, Edmund C. Cunningham의 CA 2,258,237, 미국 특허 6,623,252 B2, 미국 특허 6,004,114 및 캐나다 출원 2,258,237에 소개되어 있으며, 이들 문헌은, 빗나간 유정에서의 경사지거나 수평인 생산 섹션에 배치될 수 있는 시추공 펌프에 대한, 상이한 무-로드(rod-less) 해법이다. 이러한 새로운 방법들은, 시추공 유압 회전 모터 또는 시추공 왕복 유압 액추에이터에 의해 시추공 펌프를 구동하기 위해, 유압 동력을 가한다. 이러한 개시들에서, 수천 피트 길이의 흡입관 로드 스트링이 제거되며, 그리고 시추공 전기 모터(ESP)가, 유압 모터 또는 유압식 왕복 액추에이터로 교체된다. 금속 대 금속 진보적 캐비티 펌프(PCP) 또는 복수-스테이지 원심 펌프 시스템들을 구동하기 위해 유압 회전 모터를 사용하는, Alberta Oil Sand CSS 또는 SAGD 유정들에서의 일부 예들이 또한 존재한다. 이러한 예들은 모두, 펌프 구동 장치 또는 동력 메커니즘에 대해 일부 변경을 가하였으며, 그리고 시추공 펌프 자체에는 어떤 변형도 가하지 않지만, 생산 배관 내에 배치되는 전통적인 PCP 펌프 또는 통상적인 왕복 펌프를 사용한다. 이러한 펌프의 유량은, 일반적으로 낮으며 그리고, 유사한 크기 및 직경의 ESP가 생성할 수 있는 큰 유량 또는 생산 SAGD 유정들이 실제로 요구하는 유량을 달성할 수 없다. 캐나다 특허 제2,258,237호에 개시된 발명은, 실제로는 사용되지 못할 것이다. 해당 발명은, 복동식 유압식 수중 액추에이터가, 통상적인 시추공 펌프를 왕복시키고 자동으로 반전시키기 위해, 지표면 밸브 시스템에 의해 제어되는 것이, 제안한다. 전술한 바와 같이, 지표면 장비로부터 시추공 펌프까지의 유압 공급 배관은, 대부분의 유정에서 최소 수천 피트 길이이다. 표면에서 유압 유동 방향을 스위칭하는 이러한 구성은 대부분, 기본적 "상사점(top dead center)"이 될 가능성이 높다. 또한, 전술한 바와 같이, 유압 액추에이터의 피스톤 스트로크가 그 이동의 일단에 도달하면, 지표면 스위치는, 수천 피트의 작동 유압 오일의 유동을 자동으로 또는 즉각적으로 반전시키지 않을 것이며, 그리고 작동 유압 오일의 긴 배관에 저장되는 관성 에너지는, 공급 배관의 하단에서 이미 완충된 펌프 챔버 내로, 계속 전방으로 유동될 것이며, 이는 유압 액추에이터의 하나의 챔버에 큰 압력 서지를 야기할 것이다. 다른 액추에이터 챔버로부터 유압 배출 배관 내부의 표면까지, 배관 내의 유압 유체, 일반적으로 오일은, 계속 고갈되고, 이는 액체 칼럼 분리 부분 진공을 생성하며, 이는 부분 진공에 의해 수충격력 및 유압 유체의 열화를 유도할 수 있다.
종래 기술의 전술한 문제점 중 적어도 일부를 해결해야 할 필요가 있음이 분명하다.
본 발명의 일 실시예에서, 생산된 유체를 유정 구멍으로부터 지표면으로 끌어올리기 위한 수중 시스템으로서:
a. 시추공 어셈블리;
b. 가압된 유압 유체를 동력 유압 펌프로부터 상기 시추공 어셈블리로 이송하기 위한 지표면 장비로부터 상기 시추공 어셈블리로의 도관;
c. 상기 시추공 어셈블리로부터 방출 또는 배출되는 유압 유체를 상기 지표면 장비로 이송하기 위한 상기 시추공 어셈블리로부터 상기 동일한 지표면 장비로의 제2 도관; 및
d. 상기 시추공 어셈블리에 의해 펌핑되는 상기 유정 구멍으로부터의 생산된 유체를, 생산된 유체의 수집을 위한 제2 세트의 지표면 장비로 이송하기 위한 생산 배관으로서, 상기 시추공 어셈블리 상의 커넥터와 상기 지표면 수집 장비 사이에 작동적으로 연결되는 것인, 생산 배관
을 포함하는 것인, 시스템이, 제공된다.
상기 시추공 어셈블리는,
i. 복동식 펌프를 형성하는, 실린더와 내장 피스톤 및 내장 밸브들과 유체 통로를 구비하는, 제1 펌프 섹션,
ii. 복동식 선형 유압 모터를 형성하는, 실린더와 내장 피스톤 및 내장 밸브들과 유체 통로를 구비하는, 선형 왕복 유압 액추에이터 섹션, 및
iii. 복동식 펌프를 형성하는, 실린더와 내장 피스톤 및 내장 밸브들과 유체 통로를 구비하는, 제2 펌프 섹션
을 포함하고,
상기 펌프들 및 상기 액추에이터 각각의 피스톤들은, 이들이 모두 그들의 해당 실린더 내부에서 동일한 방향 및 속도로 이동하도록, 연결되며;
iv. 각각의 피스톤의 대응되는 실린더는, 상기 어셈블리의 외측 몸체의 원통형 부분의 내벽과, 상기 외측 몸체의 상기 원통형 부분의 중심부 내측에 동심으로 배치되는 제2 원통형 몸체의 외표면 사이의 환형 공간 내에 형성되고, 상기 제2 원통형 몸체는, 내부 생산 유체 도관을 구비하고,
v. 각각의 피스톤은, 중앙 개구를 갖는 디스크이고, 상기 피스톤은, 상기 환형 공간 내의 대응되는 실린더의 각각의 원통형 표면에 활주 가능하게 밀봉되며,
vi. 각각의 대응되는 실린더는, 각 섹션의 단부들 양자 모두의 벽에 의해 경계 결정되고, 인접한 실린더들은, 공통 벽을 공유할 수 있고,
vii. 각각의 피스톤 사이의 연결부는 또한, 벽의 개구를 통해 상기 어셈블리의 몸체 내부에서 종방향으로 선형으로 왕복으로 활주 가능함과 더불어, 그렇게 연결되는 2개의 피스톤을 포함하는 2개의 섹션 사이에서 상기 벽에 동적으로 밀봉되며,
viii. 각각의 펌프 섹션의 실린더는, 도관들 내에 2개의 그룹의 일방향 밸브들을 구비하고, 도관들 내의 밸브들은 쌍으로 놓이며, 각각의 그룹은 복수 쌍의 대향하는 일방향 밸브를 구비하고, 하나의 그룹은, 상기 섹션의 실린더 표면들 및 외벽 그리고 상기 내장 피스톤의 하나의 측면에 의해 경계 결정되는, 챔버 내에 놓이며, 다른 그룹은, 상기 내장 피스톤의 다른 측면 상의 섹션의 실린더 내의 그리고 다른 단부 벽에 의해 경계 결정되는, 제2 챔버 내에 놓이고, 각각의 밸브 쌍은: 그에 따라 복동식 펌프를 형성하도록, 상기 피스톤이 상기 챔버의 용적을 팽창시키도록 이동할 때 상기 어셈블리 외부로부터 상기 챔버 내로 유정 구멍 유체의 유입을 허용하며 그리고 상기 피스톤이 상기 챔버의 용적을 수축시키도록 다른 방향으로 이동할 때 유정 구멍 유체의 유출을 허용하지 않는, 일방향 밸브; 및 상기 피스톤이 상기 챔버의 용적을 팽창시키도록 이동할 때 상기 생산 유체 도관으로부터 상기 챔버로의 유체의 유입을 허용하지 않으며 그리고 상기 피스톤이 상기 챔버의 용적을 수축시키도록 다른 방향으로 이동할 때 상기 챔버로부터 외부로 상기 생산 유체 도관으로의 유체의 유출을 허용하는, 다른 대향 일방향 밸브를 구비한다.
이 실시예에서, 상기 시스템은, 2개의 측면을 구비하고, 각각의 측면은, 하나의 환형 실린더와 하나의 피스톤을 구비하고, 수십 개의 API 표준 V11 밸브를 갖는 2개의 독립적인 복동식 펌프를 형성하는, 하나의 펌프 섹션을 구비하며, 그리고 각각의 펌프 어셈블리는, 유사한 직경의 통상적인 왕복 API 단동식 로드 펌프의 약 5배의 유정 구멍 유체를 펌핑하기 위한 또는 수십 개의 공통 API 표준 흡입관 로드 펌프(sucker rod pump)와 동일한 유정 구멍 유체 체적을 펌핑하기 위한, 4개의 독립적인 복동식 펌프의 2개의 펌프 섹션을 동시에 구동하기 위한 하나의 유압 액추에이터 실린더를 구비한다.
일 실시예에서, 상기 액추에이터의 실린더는, 그의 피스톤의 각각의 측면 상에 하나씩 있는 2개의 도관과 연결되고, 각각의 그러한 도관은 또한, 전자 기계적 스위칭 밸브와 소통 상태에 놓이며, 상기 스위칭 밸브는 또한, 동력 공급 유압 유체 도관 및 배출 유압 유체 도관과 각각 소통 상태에 놓이고, 지표면에 있는 모터 컨트롤러가, 상기 스위칭 밸브에 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 센서가,
1. 상기 액추에이터의 피스톤을 일방향으로 이동시키도록 구동하는 직접적 경로,
2. 상기 액추에이터의 피스톤을 타방향으로 이동시키도록 구동하는 교차 경로(cross-over pathway), 또는
3. 유압 유체가 상기 액추에이터를 우회하도록 야기하며 그리고 상기 액추에이터의 챔버들이 밀봉되어 상기 액추에이터 피스톤을 제동하고 제 위치에 유지시키도록 야기하는, 우회 경로 또는 아이들(idle) 위치
와 같은, 3가지 대안적 경로 사이에서,
상기 액추에이터로 그리고 상기 액추에이터를 통해 유압 유체의 유동을 스위칭하기에 적절한 시간을 지시하는 상태를 지시하도록, 신호를 상기 모터 컨트롤러에 제공한다.
다른 실시예에서, 유정 구멍에 설치되어 작동될 때, 지표면으로의 생산 배관에 부착되는, 시추공 펌프 어셈블리로서:
a. 선형 왕복 유압 모터;
b. 상기 유정 구멍으로부터의 밸브 제어 유체 흡입구들 및 상기 생산 배관으로의 밸브 제어 유체 배출구를 갖는, 상기 모터의 양측에서 상기 모터에 기계적으로 연결되는, 2개의 선형 왕복 펌프;
c. 상기 모터를 통해 유압 유체 유동을 위한, 선택 가능한 직접적 회로, 교차 회로 및 우회 회로를 갖는, 전자 기계식 스위칭 밸브로서, 상기 스위치는, 상기 어셈블리에 부착되며, 그리고 상기 어셈블리에서, 상기 스위치는, 지표면 전원에 의해 전력을 공급받는, 상기 어셈블리 상의 또는 상기 어셈블리와 지표면 사이의 유압 유체 회로 상의, 센서로부터의 신호에 작동적으로 응답하는 것인, 전자 기계식 스위칭 밸브; 및
d. 가압된 유압 유체를 위한, 상기 스위치 및 상기 액추에이터와 지표면 장비 사이의, 동력 공급 도관 및 배출 도관
을 포함하는 것인, 시추공 펌프 어셈블리가, 제공된다.
다른 실시예에서, 상기 피스톤 제어 센서는, 적어도 하나의 전기적 제한 스위치로서, 상기 제한 스위치의 위치에의 상기 피스톤의 도달을 알리도록 작동적으로 연결되고, 상기 펌프의 선형 왕복 운동 범위의 적어도 일방향으로의 상기 펌프의 피스톤의 스트로크 중 하나의 종점에서의 피스톤의 위치 또는 그 근처에 위치되는 것인, 적어도 하나의 전기적 제한 스위치를 포함한다.
일 실시예에서, 시스템은, 상기 어셈블리로부터 지표면을 향한 일방향 유동을 허용하도록, 상기 어셈블리의 내부 생산 실린더와 생산 유체 도관 사이에 부가되는, 일방향 밸브를 구비한다.
추가 실시예에서, 시스템은, 연관된 유체 연결부들, 밸브들 및 센서들을 갖는, 부가적인 동력 공급 펌프 섹션 또는 섹션들을 구비할 수 있을 것이다.
시스템은, 다른 실시예에서, 지표면 장비로서, 지표면 장비에서, 동력 유압 펌프의 동력 공급 유압 유체의 유량이, 지표면의 가변 주파수 구동(VFD) 모터의 작동에 의해 제어되고 변화될 수 있으며, 따라서 상기 시추공 액추에이터가 시추공 펌프 속도를 상응하게 변화시키도록 하는 것인, 지표면 장비를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에서, 펌프 장비는, 유압 오일 냉각기를 포함하는 지표면 장비로서, 상기 유압 오일 냉각기는, 작동 유압 오일이, 특히 증기-보조 중력 배출(SAGD) 유정과 같은 200℃ 이상의 고온 유정 내에서, 시추공 어셈블리 내의 장비의 작동 온도를 냉각 및 제어하기 위해, 요구되는 온도로 유지될 수 있도록, 유압 유체의 냉각을 제어하는 것인, 지표면 장비를 구비하고, 상기 펌프 장비는, 지표면 장비와 시추공 어셈블리 사이에, 가압된 유압 유체 공급을 위한 하나의 도관 및 배출 유압 유체 복귀를 위한 다른 도관을 구비하고, 여기서 진공 단열 배관(VIT) 또는 단열이, 작동 유압 오일을 요구되는 온도 범위에 유지하도록, SAGD 유정과 같은 고온의 유정에서 유압 유체가 가열되는 것을 방지하기 위해 그리고 유압 유체를 단열하기 위해, 사용된다.
다른 실시예가, 유압 오일 배출 박스 내부의 유동에 대해 의도적으로 조절될 동력 공급 유압 오일 방향을 위한 시추공 어셈블리 내의 전기 기계적 스위칭 밸브를 구비하고, 상기 전기 기계적 스위칭 밸브는, 냉각된 오일 및 압력 격리에 의한 요구되는 작동 온도를 갖는 깨끗한 작동 유압 오일에 의해, 둘러싸이고, 잠기며 그리고 보호된다.
본 발명은, 지표면에 컴퓨터화된 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(PLC)를 갖는 컨트롤러 박스를 구비할 수 있으며, 제 1항의 시추공 어셈블리 내의 전기적 제한 스위치 및 전기 기계적 스위칭 밸브를 포함하는, 상기 시스템 내에 위치하게 되는, VFD 모터 그리고 모든 온도 및 압력 센서, 스위치들 및 밸브들을 또한 포함하는, 모든 시스템 장치들은, PLC 및 연관된 인터페이스들에 의해, 중앙 제어되며 그리고 보고될 수 있다.
청구된 바와 같은 본 발명은, 설명 내의 예들 또는 실시예들에 의해 제한되지 않으며, 당업자는 청구범위 자체에 의해 본 발명의 범위를 이해하게 될 것임을 알아야 한다.
도 1은, 지표면 장비를 포함하는, 시스템이 그 내부에 설치되는 유정 구멍의 시스템 및 관련 요소들을, 일반적인 방식으로 그리고 축적에 맞지 않게, 표현하는 개략도이다.
도 2는, 또한 축적에 맞지 않는, 본 발명의 시스템의 서브 시스템 내부의 스위칭 밸브 및 액추에이터 그리고 연관된 유압 유체 경로에 초점을 맞춘, 다른 개략도이다.
도 3, 도 3a 및 도 3b는, 직접적 유동, 교차 유동, 및 아이들 또는 우회 유동의 3개의 스위치 밸브 구성의, 시추공 구성요소(펌프, 액추에이터, 펌프, 스위치 밸브) 내의 유체 유동 경로들을 나타내는, 하부 구멍 펌프, 액추에이터 및 스위칭 밸브에 대한 개략도들이다. 이러한 도면들은, 축적에 맞지 않지만, 독자가 본 발명의 유동 체계를 이해하는 것을 허용하도록, '동일한 크기'로 묘사된다.
도 4는, 펌프의 실린더 내에 전개되는 피스톤 커넥터, 피스톤 및 일방향 밸브의 위치는 물론, 생산 유체 원통형 내부 도관의 위치를, 독자가 보고 이해하는 것을 가능하게 하도록, 제거된 펌프 섹션의 외부 벽 또는 외부 배럴을 예시하는, 시스템의 시추공 구성요소의 단부의 사시도이다.
도 5는, 실제 통상적인 (API) 로드-펌프의 그리고 본 발명의 유압 작동식 펌프 시스템의, 비교 가능한 사이클 시간들(선형 왕복 펌프 사이클들)에서의, 생산 유체들에 대한 유량 및 체적을 나타내는 그래프 또는 차트이다.
도 6은, 시추공 및 지표면을 포함하는, 펌프 시스템과 연관된 제어 시스템들을 나타내는 (축적에 맞지 않는) 개략도이다.
도 2는, 또한 축적에 맞지 않는, 본 발명의 시스템의 서브 시스템 내부의 스위칭 밸브 및 액추에이터 그리고 연관된 유압 유체 경로에 초점을 맞춘, 다른 개략도이다.
도 3, 도 3a 및 도 3b는, 직접적 유동, 교차 유동, 및 아이들 또는 우회 유동의 3개의 스위치 밸브 구성의, 시추공 구성요소(펌프, 액추에이터, 펌프, 스위치 밸브) 내의 유체 유동 경로들을 나타내는, 하부 구멍 펌프, 액추에이터 및 스위칭 밸브에 대한 개략도들이다. 이러한 도면들은, 축적에 맞지 않지만, 독자가 본 발명의 유동 체계를 이해하는 것을 허용하도록, '동일한 크기'로 묘사된다.
도 4는, 펌프의 실린더 내에 전개되는 피스톤 커넥터, 피스톤 및 일방향 밸브의 위치는 물론, 생산 유체 원통형 내부 도관의 위치를, 독자가 보고 이해하는 것을 가능하게 하도록, 제거된 펌프 섹션의 외부 벽 또는 외부 배럴을 예시하는, 시스템의 시추공 구성요소의 단부의 사시도이다.
도 5는, 실제 통상적인 (API) 로드-펌프의 그리고 본 발명의 유압 작동식 펌프 시스템의, 비교 가능한 사이클 시간들(선형 왕복 펌프 사이클들)에서의, 생산 유체들에 대한 유량 및 체적을 나타내는 그래프 또는 차트이다.
도 6은, 시추공 및 지표면을 포함하는, 펌프 시스템과 연관된 제어 시스템들을 나타내는 (축적에 맞지 않는) 개략도이다.
유압 동력은, 지표면으로부터 시추공 펌프 시스템(100)으로, 가압된 유압 유체 유동에 의해 제공된다. 유압 유체는, 폐루프 시스템(55, 65) 내에서, 지표면 수집, 처리 및 펌핑 장비로 그리고 이들로부터, 동력 공급 도관(55)을 통해 본 발명의 시추공 구성요소(100)로, 그리고 시추공 구성요소(100)로부터 배출 도관(65)을 통해 유동한다. 폐쇄된 시스템 내에 놓이는, 유압 유체는 또한, 액추에이터(110)에 동력을 공급하는 가운데, 주변 압력보다 높은 압력으로 액추에이터(110) 내부에 놓이며, 그에 따라 윤활을 행하며 그리고, 액추에이터의 이동 부품들로부터의 유정 구멍 유체 및 오염 물질을 유지하기 위한, 압력 격리 효과를 야기한다. 이러한 액추에이터 내부 압력은, 주변 유정 구멍 압력의 적어도 2배일 수 있을 것이다.
시추공 구성요소(100) 내부의 유압 유체의 유동은, 펌프 시스템의 선형 액추에이터(110)를, 바람직하게 복동식 선형 피스톤 및 실린더 타입 유압 액추에이터를 구동하도록, 일방향 또는 반대 방향으로 스트로크하도록, 또는 액추에이터(110)를 우회하며 그리고 단지 밸브(60)를 통해 유동하도록, 유압 유체 유동의 방향을 유도하기 위한, 시추공 구성요소(100) 위치에 놓이는 전자 기계적 스위칭 밸브(60)에 의해 제어되며, 지표면으로부터 시추공 구성요소 위치의 밸브(60)로 그리고 밸브를 통해 그리고 다시 지표면의 회로(55, 65)를 완성한다. 밸브(60)의 3개의 위치(175)는, "직접적 유동", "교차 유동" 및 "우회" 또는 "아이들"로 지칭될 수 있다. "우회" 밸브 위치는, 액추에이터(110)를 유압 유체 유동으로부터 격리시키며, 그리고 펌프의 피스톤(135)이 그에 따라 그들의 현재 위치에서 제동되거나 잠금 고정되도록 야기하고, 이는, 구성요소가 유정 구멍 내에서 상하로 이동함에 따라 압력 변화가 생기게 되는 것인, 유정 구멍 내외로 시추공 구성요소를 트리핑(tripping)시킬 때의 문제점들을 회피시키는 데 유용하다.
또한, "우회" 또는 "아이들" 위치에 있는 동안, 지표면으로부터 펌프(110)로 그리고 역방향(65)으로의 유압 유체(55)의 유동은, 비교적 방해받지 않게 되어, 새로운 유압 유체의 신속한 라운드-트리핑(round-tripping)(통상 1,000 피트 이동 거리 당 약 1분 30초)을 허용하며, 요구에 따라, 시추공 구성요소를, 특히 전자 기계적 스위칭 밸브(60)를, 냉각시키기 위한 냉각제로서 유압 유체의 사용을 허용한다.
시스템의 시추공 구성요소는, 유압 유동 방향 밸브(60), 유압 구동 선형 액추에이터(110), 및 적어도 하나의 (바람직하게는 2개의) 복동식 용적형 선형 피스톤-스타일 펌프(150)를 포함하고, 액추에이터(110) 및 각각의 펌프(150)는, 액추에이터(110)의 작동이 또한 피스톤(135)을 모든 연결된 펌프(150) 내에서 이동시키도록, 구동 커넥터들(114)에 의해 직접적으로 연결된다.
동력 공급 도관(55) 및 배출 도관(65)에 부가하여, 유체가, 그를 통해 시추공 구성요소(100)의 위치에서 위로 유정 구멍으로부터 유정 구멍(15)을 통해 요구되는 위치로, 바람직하게 지표면의 유체 처리 시스템으로, 펌핑되는, 펌핑 유체 도관(10, 25)이, 또한 제공된다. 유체 도관(10, 25)은, 액추에이터(110)에 의해 펌프 피스톤(135)에 제공되는 압력 하에서, 대량의 생성된 유체를 처리할 수 있어야 한다. 체적은, 펌프 피스톤(135)의 개수 및 표면적 그리고 스트로크 길이 및 액추에이터(110)(따라서 펌프 피스톤(135))의 왕복 빈도에 의존할 것이다. 펌프(150)는 바람직하게 복동식이기 때문에, 각각의 스트로크(방향을 바꾸기 이전의 방향으로 액추에이터(110) 및 각 피스톤(135)에 의해 이동되는 거리)에서, 각각의 펌프 실린더(150)의 일단부 및 그러한 펌프의 피스톤(135)의 대향 측면에 의해 한정되는 캐비티는, 아래에 설명되는 바와 같이, 그 내용물이 펌프의 밸브들 및 도관들을 통해 펌핑 유체 도관(10, 25)으로 압력 하에서 배출되는 챔버로서, 또는 그 내용물이 펌프의 다른 밸브들 및 도관들을 통해 압력 하에서 유정 구멍(예, 도 3a의 56)으로부터 충전되는 챔버로서, 작용할 것이다.
시추공 장비(100)에 위치하게 되는 전자 기계적 스위칭 밸브(60)는, 스위칭 밸브(60)와 지표면 장비(30) 사이의 전기적 연결(31, 32)에 의해 전력을 공급받으며 그리고 전기적 연결(31, 32)을 통해 제어되어, 방향 변화의 빈도가 다른 장비 또는 조작자에 의한 지표면 컨트롤러 인터페이스(30)에 의해 제어되는 것을 허용한다. 스위칭 밸브(60)가 유정 구멍의 바닥에 있는 시추공 펌프(100)에 위치되기 때문에, 동력 공급 유압 유체 도관(55)의 유체는 항상, 시추공 액추에이터(110)(100 근처)로 하향 유동하며 그리고 유압 배출 도관(65)의 유체는 항상 상향 유동한다. 양자 모두의 유압 유체 도관(55, 65)의 유동 방향은, 결코 반전되지 않으며, 따라서 수천 피트의 내부 수용되는 유압 유체에 대한 운동량 효과는, 예를 들어, 유압 유체가 표면에서 스위칭되고, 표면에서의 밸브에 의해 유동이 정지되거나 방향이 변경되는 경우, 표면 스위칭 밸브와 유압 액추에이터 피스톤 사이의 거리 길이만큼의 유압 유체 기둥을 운반하고 있던 도관은, 유체 유동의 정지로 인해 먼저 응력을 받게 되어, 액추에이터 상부의 내부 도관 압력 저하가 일어난 이후에, 상부로부터의 압력이 펌프 압력 하에서 바로 이전에 상향이었던 해당 도관 내의 유압 유체의 계속되는 상향 유동과 충돌할 때, 액추에이터 상부의 다른 도관 내의 내부 도관 압력의 서지를 받게 되는 시스템에서, 무시할 수 있다. 이러한 응력은 '수충격(water hammer)' 효과와 유사하며, 도관, 커넥터, 이음 부재(splice) 및 기타 장비에 과도하고 불필요한 응력과 변형을 유발한다. 이러한 종류의 유압 시스템에서, 지표면 소스로부터 나오는 유압은, 빠른 유동 압력 오일의 수천 피트 길이의 기둥의 왕복에 대부분 낭비될 것이며, 그리고 오일 기둥의 하단에서 액추에이터부를 작동시키는 동력은 오일 기둥에 대해 거의 남지 않을 것이다. 이것은 스위치 밸브(60)가, 지표면과 시추공 구성요소(100) 사이의 수천 피트 길이의 유압 동력 공급 도관(55) 또는 배출 도관(65)의 방향을 결코 변화시키지 않지만, 스위칭 밸브(60)와 액추에이터(110) 사이의 2개의 짧은(10~20 피트 길이) 오일 도관(61, 62)의 방향을 제어함으로써, 임의의 "수충격" 효과가 최소화되거나 제거됨을 의미하므로, 스위칭 밸브(60)를 시추공 구성요소(100)와 그 액추에이터(110)의 위치에 배치하는 것에 의해, 본 발명에서 해결된다.
시추공 펌프 어셈블리(100)에 부착되는 전자 기계식 스위칭 밸브(60)는, 수천 피트 길이의 동력 유압 오일 기둥의 "수충격" 효과를 해결하거나 제거할 수 있지만, 시추공 어셈블리 위치(100)에 위치되는 그러한 밸브의 환경은, 전자 기계적 스위칭 밸브(60)에 큰 문제가 될 수 있다. 본 발명은 의도적으로, 전자 기계식 밸브 어셈블리(60)를, 밸브(60)로부터 배출되는 유압 오일을 수용할 수 있는 내장된 격리실(63) 내에 장착한다. 설계 및 장착은, 이 밸브(60)를 항상 청결하고 온도-제어되는 유압 오일 내에 잠기도록 할 것이다. 그러므로, 시추공 어셈블리(100)에서의 이 밸브(60)의 환경 조건은, 격리실(63) 외부의 실제 시추공 환경이, 액체, 가스 및 모래 입자와 혼합되며 그리고 SAGD 생산 유정과 같은 고압 및 고온을 가지는 다중 상의 혼합물일 수 있음에도, 지표면에 있는 것과 같이 양호할 수 있다.
액추에이터(110) 및 펌프(150)의 어셈블리(100)의 길이는, 유정 구멍(15)의 편향을 수용할 수 있는 강성 도구의 요구되는 길이에 의존할 것이며, 그리고 액추에이터(110)(및 각각 액추에이터와 동일할 수 있는 각각의 펌프(150))의 스트로크의 길이에 의존할 것이다. 여기에 개시된 본 발명은, 임의의 길이의 스트로크를 가질 수 있지만, 스트로크 길이의 바람직한 범위는, 일반적이거나 통상적인 흡입관 로드 펌프 장비와 유사한, 약 10 피트(더 크거나 작은)이다(이는 필요한 경우 통상적인 하드웨어 및 방법과의 호환을 허용한다). 스위칭 밸브(60)는, 사실상, 일련의 밸브에 의해, 즉 폐쇄(아이들 또는 우회)와 개방(다음 밸브로의 유동을 허용) 사이에서 순환하는 하나의 밸브, 및 직선형 관통 유압 회로 및 교차 유압 회로(별도로 표시되지 않음) 사이에서 순환하는 직렬의 다음 밸브에 의해, 달성된다. 이 경우, 우회 밸브는, 지표면(30)으로부터 제어될 수 있는 한편, 직선형/교차 밸브는, 국부(100)적으로 (서브 어셈블리에서) 제어될 수 있다. 다양한 가능한 제어 회로 및 밸브 구성이 가능하다. 일 실시예에서, 하나의 스위치 밸브(직선형 및 교차 회로 사이의 방향 전환 밸브) 및 2개의 제한 스위치(33, 34)(최대 스트로크의 경우, 스트로크의 단부 또는 그 근처에 하나의 스위치, 시스템의 피스톤이 일방향의 그의 선형 운동의 단부 근처에 놓이는 위치에 제한 스위치가, 그리고 스트로크의 반대 방향으로의 피스톤(반드시 동일한 피스톤일 필요는 없음)의 선형 운동의 단부에 다른 제한 스위치가, 존재하도록 조립됨)가 존재한다. 이러한 제한 스위치들(33, 34)은, 전기 배선 회로들(33A, 34A)에 의해, 시추공 내의 스위칭 밸브(60)를 직선형 관통 또는 교차 위치(그리고, 마련되는 경우, 우회 위치)로 전환할 수 있는, 지표면의 지표면 컨트롤러(30)로 배선될 수 있다. 제어 신호는, 전기 제어 회로 및 컨트롤러 기능의 구성에 따라, 시추공 제한 스위치들(33, 34) 중의 어느 하나 또는 양자 모두로부터, 또는 지표면 컨트롤러 시스템(30)으로부터 제공될 수 있으며, 그리고 자동적이거나 또는 수동 조작에 의해 실행될 수 있다. 스위치(60)가 액추에이터(110)에서 유압 유동 회로 방향을 변경하도록 또는 그렇지 않으면 유압 유체 유량 및 지표면(30)으로부터의 동력을 제어하도록 지시할 수 있는, 지표면 유동 감지 및 제어 장치로 그리고 그로부터, 컨트롤러(30)에 대한 피드백을 통해, 다양한 스트로크 길이가, 이용 가능하게 될 수 있을 것이다. 이러한 복잡한 컨트롤러 기능들을 통합하기 위해, 지표면 장비의 컨트롤러 박스(30) 내의 컴퓨터화된 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(PLC)가, 중심 역할을 하도록 사용될 수 있으며, 여기서, 시추공 어셈블리(100) 내의 전기적 제한 스위치들(33, 34) 및 시추공 어셈블리 내의 전자 기계적 스위칭 밸브(60)를 포함하는, 또한 VFD 모터(70A), VFD 모터(36A) 및 전체 시스템 내의 모든 곳에 배치되는 모든 온도 장치 및 압력 장치를 포함하는, 모든 시스템 장치들은, 중앙에서 모니터링 및 제어될 수 있으며, 그리고 그들의 상태는, PLC(30)에 대한 응답으로 디스플레이 될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이 각 단부에 부착되는 복동식 펌프(150)를 갖는 중앙 선형 액추에이터(110)로서 시스템(100)의 시추공 구성요소를 구성함으로써, 대용량 펌핑 시스템이, 비교적 짧은 전체 길이를 갖도록 제공되며, 이는, 긴 강성 서브 어셈블리들이, 서브 어셈블리가 그 내부에서 사용될 수 있는, 유정 구멍들의 구성을 제한하는, 굽은 또는 빗나간 유정 구멍(15) 내에서의 본 발명의 유용성에 도움이 된다. 더 짧은 서브 어셈블리는 일반적으로, 더 큰 유용성을 지니고 있으며, 더 많은 수의 잠재적인 유정 구멍 구성에 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 시추공 구성 요소(100)의 몸체는, 원통형(160)이고 중공형이며 그리고, (횡단면에서) 자체의 중심 관통하는 그리고 구성요소 몸체의 3개의 인접한 섹션 내에서, 즉 제1 펌프 섹션(155), 액추에이터 섹션(110), 및 제2 펌프 섹션(140) 내에서, 연장되는, 원통형 펌핑 유체 통로(158)를 그 내부에 형성하는, 내장된 제2 실린더를 구비한다. 3개의 섹션 각각의 내부에, 피스톤(135)이 전개되며, 각각의 피스톤(135)은, 원통형 몸체(156, 160, 140)의 내측 표면에 대해 그리고 제2 실린더(158)의 외표면에 대해, 활주 가능하게 결합되며 그리고 동적으로 밀봉되고, 그에 따라 각 피스톤(135)의 각각의 측면 상에 환형 피스톤 표면을 형성한다. 각 피스톤은, 액추에이터 시스템 내의 피스톤이 이동할 때 양자 모두의 펌프 피스톤이 동일 방향으로 등거리로 이동하도록, 연결되며; 이러한 연결은 바람직하게, 제1 펌프 섹션(155)의 피스톤(135)을, 결국 제2 펌프 피스톤(135, 140)에 연결되는, 액추에이터 피스톤(110)에 연결하는, 3개의 로드(114)에 의해 이루어진다. 3개의 섹션을 분리하는 것은 환형 벽들(141, 142 근처)이며: 환형 벽들은, 제1 펌프 섹션의 외측 단부의 제1 벽, 제1 펌프 섹션의 내측 단부의 제2 벽(제1 벽 및 제2 벽의 피스톤 측부, 원통형 몸체의 내측 표면, 제2 실린더의 외표면은, 제1 펌프 실린더를 한정함); 액추에이터 섹션의 내측 단부의 제3 벽(제2 벽 및 제3 벽의 액추에이터 측부, 원통형 몸체의 내측 표면 및 상기 제2 실린더의 외표면은, 액추에이터(110) 실린더를 한정함); 액추에이터로부터 제2 펌프 섹션의 가장 먼 단부에 놓이는 제4 벽(제3 벽의 펌프 피스톤 측부, 제4 벽의 피스톤 측부, 원통형 몸체의 내측 표면 및 제2 실린더의 외표면은 제2 펌프 실린더를 한정함)을 포함한다. 연결 로드들(114)은, 각각의 피스톤(135)을 통해 연장되고 각 피스톤에 부착되며, 그리고 또한 활주 가능하게 밀봉되는 구성으로 각각의 벽을 통해 연장되어, 로드들이 벽들 내의 구멍들 내에서 선형 왕복 방식으로 이동하도록 허용하는 가운데, 벽들이 다양한 피스톤의 실린더들을 형성하기 위한 장벽들로서 작용하는 것을 허용하도록 동적으로 밀봉된다.
각각의 펌프 섹션은, 유사한 방식으로 작동한다: 액추에이터(110) 피스톤이 이동함에 따라, 액추에이터 피스톤 사이의 연결부는, 펌프 피스톤(135)을 동일한 방향으로 가압하여, 펌프 실린더 내에서 피스톤을 이동시킨다. 일방향으로, 일방향 밸브들(156, 157)의 세트는, 실린더 내에서 피스톤이 이동함에 따라 팽창하는, 펌프 실린더의 제1 챔버 내로 유정 구멍 유체가 유동하는 것을 허용하며, 챔버가 팽창함에 따라 그리고 동시에, 동일한 실린더 내의 동일한 피스톤의 반대측의 제2 챔버 내의 일방향 밸브들(141, 142)의 제2 세트는, 제2 챔버로부터의 유정 구멍 유체가 펌핑 유체 통로(158) 내로 그리고 그로부터 지표면을 향해 펌핑 유체 도관(10) 내로 가압되는 것을 허용하도록, 개방된다. 물론, 이러한 스트로크 도중에 폐쇄되지만 액추에이터 및 피스톤의 역전 스트로크 도중에 개방되는, 다른 일방향 밸브들이 존재하며, 이러한 다른 일방향 밸브들은, 개방될 때, 제1 챔버로부터 펌핑 유체 통로까지 그리고 제2 챔버로부터 유정 구멍까지 소통 상태에 놓일 것이다. 반대 스트로크 도중에, 제1 챔버 및 제2 챔버 기능은, 액추에이터 및 연결된 피스톤들의 선형 방향의 반전과 더불어, 반전될 것이다. 다른 일방향 밸브(300)가, 시추공 구성요소의 중앙 펌핑 유체 도관 및 펌핑 유체 통로 사이의 연결부 내에 배치되어, 그러한 통로 내의 유체로부터의 역방향 유동 또는 압력이 펌프(들) 내의 압력에 영향을 미치는 것을 제어할 수 있을 것이다.
동일한 예시적인 스트로크 도중에, 액추에이터(110)는, 다음과 같이 구성된다: 스위칭 밸브(60)의 하나의 구성(용이한 참조 및 해당 예에서, "직접적 유동" 구성)을 통해, 스위칭 밸브(60)로부터 액추에이터 섹션(110)의 제1 챔버까지의 제1 도관이 동력 공급 유압 유체 도관(55)과 유체 소통 상태로 배치되며, 그리고 스위칭 밸브(60)로부터 액추에이터 섹션(110)의 제2 챔버까지의 제2 도관이 배출 유압 유체 도관(65)과 유체 소통 상태로 배치된다. 액추에이터(110) 섹션의 제1 챔버는, 펌핑 유체 도관의 외표면과 시추공 구성요소의 몸체의 내측 표면 및 액추에이터 피스톤(112)의 일 측면 사이의 환형 공간 내의 용적으로 형성되는 반면, 제2 챔버는, 액추에이터 피스톤(112)의 타측의 액추에이터 섹션의 실린더 내의 용적으로 형성된다. 제1 액추에이터 챔버에 도입되는 동력 공급 유압 유체 도관(55)은, 피스톤(112)을 소정의 방향으로 가압함으로써 피스톤 및 그 연결된 장비를 이동시키고, 각각의 챔버와 스위칭 밸브(60) 사이에서 연통되는 시추공 구성요소 내의 통로를 통해 제2 챔버 내에 사전에 제공된 유압 유체를 배출 유압 유체 도관(65) 내로 밀어낸다. 따라서, 액추에이터 피스톤은, 왕복 동작으로 선형 이동됨으로써, 펌프(들)(150)에 동력을 공급할 수 있다. 액추에이터 피스톤(112)의 각 스트로크의 단부에서, 스위치 밸브(60)를 적절히 스위칭함으로써, 본 예에서는 "직접적 유동"으로부터 "교차 유동"으로 스위칭함으로써, 피스톤의 이동을 야기할 수 있다. 일시 정지 위치는, 전형적으로 펌프가 작동 시작하기 전에, 또는 시추공 구성요소(100)를, 특히 전자 기계적 밸브(60)를 냉각하기 시작하기 전에, 자표면과 시추공 구성요소 사이의 긴 공급 및 배출 도관 내에서 유압 유체를 순환시키는 경우에만, 사용될 수 있다. 일단 펌프가 작동하기 시작하면, 아이들 일시 정지 위치는 일반적으로, 양자의 긴 유압 도관을 각각의 단일 방향으로 흐르게 유지하며 그리고 "수충격" 효과를 방지하기 위해 사용되지 않을 것이다. 일부 상황에서, 일시 정지 사이클, 스트로크 빈도 및 스트로크 길이는, 유동 체적 또는 유압 유동 스위칭 밸브(60)를 제어함으로써, 제어될 수 있으며, 그리고 이것은, 표면(30)에서 또는 시추공 장비(100)에서 측정되는, 시스템의 다양한 도관(55, 65, 25) 중 어느 도관에서의 유체 유량에 응답하여, 수행될 수 있을 것이다. 액추에이터(110)는, 피스톤(112)이 그 스트로크 도중의 특정 지점에, 특히 액추에이터의 실린더의 어느 벽 근처에, 놓일 때를 직접 감지하기 위한, 하나 이상의 제한 스위치(33, 34)를 구비하는 것이 바람직하고, 어느 벽 또는 그 근처에서의 제한 스위치(33, 34)로부터의 신호는, 피스톤 스트로크를 제한함으로써 피스톤-벽 충돌을 감소시키도록, 스위칭 밸브(60)를 제어하기 위해 사용될 수 있을 것이다.
생산된 유체(25) 유량은, 지표면 유압 펌프(40)(통상적인 기어 펌프)의 유량에 의해 간단히 결정되고 제어될 수 있다. 지표면 유압 펌프(40)가 더 높은 유량으로 가압된 유압 유체(55)를 급송할 때, 생산된 유정 구멍 유체(25)는, 더 높은 유량으로 지표면 설비(도시되지 않음)로 펌핑될 것이다. 지표면 유압 펌프(40)의 유량은, 제어 박스(30) 내부의 통상적으로 이용 가능한 VFD(Verified Frequency Drive) 및 관련 전기 모터에 의해, 용이하게 제어될 수 있다.
펌프 시스템의 생산된 체적은, 종래의 왕복 선형 펌프 시스템에서의, 특히 지표면에서의 구동 장비로부터의 로드들 및 기계적 링크들의 스트링들에 의해 동력을 공급받는 또는 지표면에서 스위칭되는 시스템에서의, 생산된 유정 구멍 유체의 체적보다 훨씬 더 크며, 그리고 펌프 유량은, 더욱 균동하고 일정하며, 그리고 어떤 상당한 중단이나 변동을 동반하지 않고, 여기서 종래 시스템의 유동 특성은 항상, 간헐적이다(예, 펌프-잭 시스템). 예를 들어, 본 발명의 설계의 하나의 4.75" 펌프는, 20여 개의 1.75"의 종래의 흡입관 로드 스타일 펌프와 동등한 생산 유체 유동을 제공할 수 있다.
유의할 점은, 본 발명의 시추공(100)의 어셈블리에 대해 매우 적은 개수의 이동 부품이 존재하며, 이는 매우 신뢰할 수 있도록 한다. 피구동 부품들의 질량이 매우 낮으며, 따라서 왕복 사이클 도중에 시스템의 선형 방향을 변경하기 위해 작은 에너지를 요구한다. 이동하는 부품들은, 해당 부품의 작동적 운동 시 매우 낮은 마찰을 제공하도록, 작은 영역(예를 들어, 피스톤 에지들(112, 135))을 가로 질러 밀봉된다. 일방향 밸브들(141, 142, 300)는, 매우 간단하며, 그리고 매우 높은 신뢰성의 볼 타입 밸브들일 수 있다. 액추에이터 섹션(110)과 하나의 펌프 섹션(150) 사이의 연결이 단절되면, 액추에이터(110)는 여전히, 어셈블리의 타측의 펌프(150)로 생산 유체를 펌핑할 수 있다. 피스톤들과 어셈블리의 몸체의 중심 내에서의 생산 유체 도관(158)의 동심적 배열로 인해, 각각의 피스톤(135)의 표면적은, 사용될 유정 구멍(10) 내에서 맞춰져야만 하는, 어셈블리의 외경과 비교하여 클 수 있다(이것은 액추에이터의 피스톤으로부터 더 많은 동력을 그리고 각 피스톤의 각 스트로크의 더 큰 토출량을 제공한다). 시추공 어셈블리(60)에서 유압 유체 유동 경로를 국부적으로 스위칭함으로써, 왕복되어야만 하는 매우 작은 질량이 존재하며(예를 들어, 스위치 위의 폐쇄 시스템(55,65) 내의 어떤 유압 유체도 임의의 펌프 왕복 사이클 도중에 방향을 변경할 필요가 없다), 이는, 펌핑된 생산 유체 체적의 단위당 동력의 고효율의 사용을 제공한다. 유압 액추에이터(110)의 양측의 복동식 펌프(150)의 배열, 및 펌프의 챔버들의 구성은, 매우 안정적이고 비 변동적인 유량(체적 및 압력 프로파일)과 함께, 자동적으로 매우 균형을 이루며, 이는, 부품들 또는 부속 부품들 그리고 커넥터들 및 도관들 그리고 외부 배관 및 장비의 낭비되는 동작을 감소시키며(힘이, 불규칙적인 서지 없이, 매우 균등하게 가해지고 사용되고, 이는, 장비 및 구성요소들 상에 적은 마모 및 변형을 제공한다). 암층(formation)으로부터 어셈블리 내로의 안정적인 유량, 뿐만 아니라 어셈블리(100)로부터 지표면으로의 안정된 유량은, 지표면으로의 유체의 생산 및 유정 구멍과 연관되는 장비 및 암층 양자 모두에, 적은 응력을 제공한다. 높은 유량 및 높은 압력이 시스템의 펌프들(150)에 의해 제공될 수 있으며, 그리고 시추공 어셈블리(100)의 전체 직경 및 길이는 빗나간 유정 구멍(10, 15)에 도움이 된다. 시스템은, 작동 도중에 그리고 (스위칭 밸브(60)에서) 아이들 위치 또는 우회 경로 설정 시 양자 모두에서, 시스템 내에서 지표면(55)으로부터 유동되는 유압 유체에 의해 시추공 어셈블리(100)를 냉각시킬 수 있는 능력을 제공한다. 가압된 유압 유체(55)는, 펌핑된 유정 구멍 유체(25)에 동력을 공급한다. 동시에 동력 공급 유압 유체(55)는, 지표면으로부터 시추공 어셈블리 내로, 그리고 다시 지표면으로 반대로(65) 연속적으로 순환한다. 이러한 자체 냉각 특징은, 작동 유압 유체가 지표면 장비에서 동시에 냉각되고 필터링되는 결과를 갖는다. 이러한 내장된 특징은, SAGD 유정들에서 일반적인 것과 같은, 고온 유정 구멍들에 특히 유용하며, 이 경우 조작자는, 진공 단열 배관(VIT)을 사용할 수 있으며, 그리고 PTFE 배관과 같은 다른 단열 배관이, 도관들 내의 유압 작동 유체가 고온의 유정 구멍 환경에 의해 가열되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 어셈블리의 해당 세그먼트를 지표면에서 연속적으로 냉각되고 정화되는 고압 유압 유체 내에 잠기도록 유지함에 의한, 유정 구멍 유체로부터의 액추에이터 피스톤(112) 및 실린더의 격리는, 액추에이터(110)의 동력 특성이 상당히 안정적일 것이며 그리고 외부의 오염 물질에 영향을 받지 않을 것이고, 따라서 더 긴 마모 및 덜 비싼 구성요소 요건을 초래한다는 것을, 의미한다. 유압 액추에이터(110)는, 훨씬 더 긴 수명을 가질 것이며 그리고, 빗나간 유정 및 SAGD 상황에서 전기 수중 펌프(ESP) 시스템들에 사용되는 전기 모터들에 유해한, 높은 온도 및 압력과 같은 시추공 환경에 의해 야기되는 고장에 훨씬 덜 취약하다. 진보적 캐비티 모터 및 펌프 시스템들은, 본 발명의 왕복 선형 모터 및 펌프만큼, 효율적이거나 또는 신뢰할 수 있지 않다. ESP들은 전형적으로, 선형 시스템만큼 효율적이거나 신뢰할 수 있지 않으며 그리고 이동 부품들에 관하여 훨씬 더 빠른 속도로 작동하는, 회전 동력 구동 원심 펌프 스테이지들이고, 따라서, 균형을 이루지 못할 경우 더욱 손상을 입히는 (ESP에서 3500 rpm 이상의 정도의) 고속 동작을 생성하며, 그리고 (예를 들어, 굽은 또는 빗나간 유정 내에서) 사용 중일 때 (수직으로부터) 벗어난 자세에 놓인 가운데 회전하는 경우, 또는 (500~1000 인치의 정도의) 회전하는 서브 부품들의 스테이지들의 긴 어셈블리 자체가 빗나간 유정 구멍 내로의 도입 도중에 변형되거나 빗나가는 경우, 베어링들에 더 많은 마모를 생성한다. 복수-스테이지 원심 펌프를 사용하여 충분한 양력을 제공하기 위해 요구되는 어셈블리의 길이는, 동등한 체적의 유체를 동일한 거리만큼 끌어올리기 위해 본 발명의 어셈블리에 대해 요구되는 길이보다 훨씬 길다. 부가적으로, ESP 시스템들의 전기 모터들은, 고온에 영향을 받기 쉬운 가운데, 특히 유정 구멍 환경이 또한 고온인 경우에, 자체 냉각의 방법을 동반하지 않는 가운데 시추공 내에서 그 자체의 열을 발생시킨다.
도면들에 대응하는 부품 및 참조 번호는 다음과 같다:
전기 제어 시스템:
30: 전기 제어 박스
31, 31A: 밸브 및 그의 케이블의 하나의 솔레노이드 제어 방향
32, 32A: 밸브 및 그의 케이블의 다른 솔레노이드 제어 방향
33, 33A: 제한 스위치의 일방향
34, 34A: 제한 스위치의 다른 방향
35, 35A: 유량계 및 그의 케이블
36, 36A: 1차적 가동체 및 그의 케이블
유압 동력 공급 시스템:
40: 1차적 유압 용적 펌프
45: 우회 경로 밸브
50: 유량 제어 밸브
55: 동력 공급 유압 유체 도관(고압)
60: 유압 동력 공급 방향 밸브
61: 시추공 펌프 액추에이터의 하나의 챔버를 위한 유압 동력 공급 및 오일 배출 배관
62: 시추공 펌프 액추에이터의 다른 챔버를 위한 유압 동력 공급 및 오일 배출 배관
63: 유압 동력 공급 방향 밸브를 위한 오일 배출 박스
65: 배출 유압 유체 도관
70: 유압 오일 냉각기
75: 유압 오일 필터
80: 유압 오일 저장조
85: 유압 오일 탱크
유정 구멍 유체 펌핑 시스템
100: 수평 유정 구멍 섹션
110: 4개 그룹의 시추공 펌프를 위한 단일 유압 액추에이터
112, 113: 유압 액추에이터 피스톤 및 밀봉체
114, 114': 4개 그룹의 시추공 펌프를 위한 액추에이터 로드들
116, 116': 액추에이터 로드 밀봉체들
118: 유압 액추에이터의 내부 배럴
120: 유압 액추에이터의 외부 배럴
130: P1 그룹 펌프들
130': P1' 그룹 펌프들
135, 136: P1 그룹 펌프들 및 P2 그룹 펌프들을 위한 펌프 플런저(또는 피스톤) 및 그의 밀봉체들
135', 136': P1' 그룹 펌프들 및 P2' 그룹 펌프들을 위한 펌프 플런저(또는 피스톤) 및 그의 밀봉체들
140: P1 그룹 펌프들을 위한 밸브 시트
141: P1 그룹 펌프들을 위한 유체 흡입 밸브들
142: P1 그룹 펌프들을 위한 유체 펌핑 밸브들
140': P1' 그룹 펌프들을 위한 밸브 시트
141': P1' 그룹 펌프들을 위한 유체 흡입 밸브들
142': P1' 그룹 펌프들을 위한 유체 펌핑 밸브들
150: P2 그룹 펌프들
155: P2 그룹 펌프들을 위한 밸브 시트들
156: P2 그룹 펌프들을 위한 유체 흡입 밸브들
157: P2 그룹 펌프들을 위한 유체 펌핑 밸브들
150': P2' 그룹 펌프들
155': P2' 그룹 펌프들을 위한 밸브 시트들
156': P2' 그룹 펌프들을 위한 유체 흡입 밸브들
157': P2' 그룹 펌프들을 위한 유체 펌핑 밸브들
158: P1 그룹 펌프들 및 P2 그룹 펌프들을 위한 내부 배럴
160: P1 그룹 펌프들 및 P2 그룹 펌프들을 위한 외부 배럴
158': P1' 그룹 펌프들 및 P2' 그룹 펌프들을 위한 내부 배럴
160': P1' 그룹 펌프들 및 P2' 그룹 펌프들을 위한 외부 배럴
175: 유압 동력 공급 방향 밸브 콤보
300: 모든 그룹의 펌프들을 위한 방출 밸브
10: 유정 유체 생산 배관
15: 유정 구멍 케이싱
20: 유정 헤드
25: 송유관
전기 제어 시스템:
30: 전기 제어 박스
31, 31A: 밸브 및 그의 케이블의 하나의 솔레노이드 제어 방향
32, 32A: 밸브 및 그의 케이블의 다른 솔레노이드 제어 방향
33, 33A: 제한 스위치의 일방향
34, 34A: 제한 스위치의 다른 방향
35, 35A: 유량계 및 그의 케이블
36, 36A: 1차적 가동체 및 그의 케이블
유압 동력 공급 시스템:
40: 1차적 유압 용적 펌프
45: 우회 경로 밸브
50: 유량 제어 밸브
55: 동력 공급 유압 유체 도관(고압)
60: 유압 동력 공급 방향 밸브
61: 시추공 펌프 액추에이터의 하나의 챔버를 위한 유압 동력 공급 및 오일 배출 배관
62: 시추공 펌프 액추에이터의 다른 챔버를 위한 유압 동력 공급 및 오일 배출 배관
63: 유압 동력 공급 방향 밸브를 위한 오일 배출 박스
65: 배출 유압 유체 도관
70: 유압 오일 냉각기
75: 유압 오일 필터
80: 유압 오일 저장조
85: 유압 오일 탱크
유정 구멍 유체 펌핑 시스템
100: 수평 유정 구멍 섹션
110: 4개 그룹의 시추공 펌프를 위한 단일 유압 액추에이터
112, 113: 유압 액추에이터 피스톤 및 밀봉체
114, 114': 4개 그룹의 시추공 펌프를 위한 액추에이터 로드들
116, 116': 액추에이터 로드 밀봉체들
118: 유압 액추에이터의 내부 배럴
120: 유압 액추에이터의 외부 배럴
130: P1 그룹 펌프들
130': P1' 그룹 펌프들
135, 136: P1 그룹 펌프들 및 P2 그룹 펌프들을 위한 펌프 플런저(또는 피스톤) 및 그의 밀봉체들
135', 136': P1' 그룹 펌프들 및 P2' 그룹 펌프들을 위한 펌프 플런저(또는 피스톤) 및 그의 밀봉체들
140: P1 그룹 펌프들을 위한 밸브 시트
141: P1 그룹 펌프들을 위한 유체 흡입 밸브들
142: P1 그룹 펌프들을 위한 유체 펌핑 밸브들
140': P1' 그룹 펌프들을 위한 밸브 시트
141': P1' 그룹 펌프들을 위한 유체 흡입 밸브들
142': P1' 그룹 펌프들을 위한 유체 펌핑 밸브들
150: P2 그룹 펌프들
155: P2 그룹 펌프들을 위한 밸브 시트들
156: P2 그룹 펌프들을 위한 유체 흡입 밸브들
157: P2 그룹 펌프들을 위한 유체 펌핑 밸브들
150': P2' 그룹 펌프들
155': P2' 그룹 펌프들을 위한 밸브 시트들
156': P2' 그룹 펌프들을 위한 유체 흡입 밸브들
157': P2' 그룹 펌프들을 위한 유체 펌핑 밸브들
158: P1 그룹 펌프들 및 P2 그룹 펌프들을 위한 내부 배럴
160: P1 그룹 펌프들 및 P2 그룹 펌프들을 위한 외부 배럴
158': P1' 그룹 펌프들 및 P2' 그룹 펌프들을 위한 내부 배럴
160': P1' 그룹 펌프들 및 P2' 그룹 펌프들을 위한 외부 배럴
175: 유압 동력 공급 방향 밸브 콤보
300: 모든 그룹의 펌프들을 위한 방출 밸브
10: 유정 유체 생산 배관
15: 유정 구멍 케이싱
20: 유정 헤드
25: 송유관
Claims (10)
- 생산된 유체를 유정 구멍으로부터 지표면으로 끌어올리기 위한 수중 시스템으로서:
a. 시추공 어셈블리;
b. 가압된 유압 유체를 동력 유압 펌프로부터 상기 시추공 어셈블리로 이송하기 위한 지표면 장비로부터 상기 시추공 어셈블리로의 도관;
c. 상기 시추공 어셈블리로부터 방출 또는 배출되는 유압 유체를 상기 지표면 장비로 이송하기 위한 상기 시추공 어셈블리로부터 상기 동일한 지표면 장비로의 제2 도관; 및
d. 상기 시추공 어셈블리에 의해 펌핑되는 상기 유정 구멍으로부터의 생산된 유체를, 생산된 유체의 수집을 위한 제2 세트의 지표면 장비로 이송하기 위한 생산 배관으로서, 상기 시추공 어셈블리 상의 커넥터와 상기 지표면 수집 장비 사이에 작동적으로 연결되는 것인, 생산 배관
을 포함하고,
상기 시추공 어셈블리는,
i. 복동식 펌프를 형성하는, 실린더와 내장 피스톤 및 내장 밸브들과 유체 통로를 구비하는, 제1 펌프 섹션,
ii. 복동식 선형 유압 모터를 형성하는, 실린더와 내장 피스톤 및 내장 밸브들과 유체 통로를 구비하는, 선형 왕복 유압 액추에이터 섹션, 및
iii. 복동식 펌프를 형성하는, 실린더와 내장 피스톤 및 내장 밸브들과 유체 통로를 구비하는, 제2 펌프 섹션
을 포함하고,
상기 펌프들 및 상기 액추에이터 각각의 피스톤들은, 이들이 모두 그들의 해당 실린더 내부에서 동일한 방향 및 속도로 이동하도록, 연결되며;
iv. 각각의 피스톤의 대응되는 실린더는, 상기 어셈블리의 외측 몸체의 원통형 부분의 내벽과, 상기 외측 몸체의 상기 원통형 부분의 중심부 내측에 동심으로 배치되는 제2 원통형 몸체의 외표면 사이의 환형 공간 내에 형성되고, 상기 제2 원통형 몸체는, 내부 생산 유체 도관을 구비하고,
v. 각각의 피스톤은, 중앙 개구를 갖는 디스크이고, 상기 피스톤은, 상기 환형 공간 내의 대응되는 실린더의 각각의 원통형 표면에 활주 가능하게 밀봉되며,
vi. 각각의 대응되는 실린더는, 각 섹션의 단부들 양자 모두의 벽에 의해 경계 결정되고, 인접한 실린더들은, 공통 벽을 공유할 수 있고,
vii. 각각의 피스톤 사이의 연결부는 또한, 벽의 개구를 통해 상기 어셈블리의 몸체 내부에서 종방향으로 선형으로 왕복으로 활주 가능함과 더불어, 그렇게 연결되는 2개의 피스톤을 포함하는 2개의 섹션 사이에서 상기 벽에 동적으로 밀봉되며,
viii. 각각의 펌프 섹션의 실린더는, 도관들 내에 2개의 그룹의 일방향 밸브들을 구비하고, 도관들 내의 밸브들은 쌍으로 놓이며, 각각의 그룹은 복수 쌍의 대향하는 일방향 밸브를 구비하고, 하나의 그룹은, 상기 섹션의 실린더 표면들 및 외벽 그리고 상기 내장 피스톤의 하나의 측면에 의해 경계 결정되는, 챔버 내에 놓이며, 다른 그룹은, 상기 내장 피스톤의 다른 측면 상의 섹션의 실린더 내의 그리고 다른 단부 벽에 의해 경계 결정되는, 제2 챔버 내에 놓이고, 각각의 밸브 쌍은: 그에 따라 복동식 펌프를 형성하도록, 상기 피스톤이 상기 챔버의 용적을 팽창시키도록 이동할 때 상기 어셈블리 외부로부터 상기 챔버 내로 유정 구멍 유체의 유입을 허용하며 그리고 상기 피스톤이 상기 챔버의 용적을 수축시키도록 다른 방향으로 이동할 때 유정 구멍 유체의 유출을 허용하지 않는, 일방향 밸브; 및 상기 피스톤이 상기 챔버의 용적을 팽창시키도록 이동할 때 상기 생산 유체 도관으로부터 상기 챔버로의 유체의 유입을 허용하지 않으며 그리고 상기 피스톤이 상기 챔버의 용적을 수축시키도록 다른 방향으로 이동할 때 상기 챔버로부터 외부로 상기 생산 유체 도관으로의 유체의 유출을 허용하는, 다른 대향 일방향 밸브를 구비하며,
하나의 펌프 섹션은, 하나의 환형 실린더와 하나의 피스톤을 구비하고, 수십 개의 API 표준 V11 밸브를 갖는 2개의 독립적인 복동식 펌프를 형성하며, 각각의 펌프 어셈블리는, 유사한 직경의 통상적인 왕복 API 단동식 로드 펌프의 약 5배의 유정 구멍 유체를 펌핑하기 위한 또는 수십 개의 공통 API 표준 흡입관 로드 펌프(sucker rod pump)와 동일한 유정 구멍 유체 체적을 펌핑하기 위한, 4개의 독립적인 복동식 펌프의 2개의 펌프 섹션을 동시에 구동하기 위한 하나의 유압 액추에이터 실린더를 구비하고,
ix. 상기 액추에이터의 실린더는, 그의 피스톤의 각각의 측면 상에 하나씩 있는 2개의 도관과 연결되고, 각각의 그러한 도관은 또한, 전자 기계적 스위칭 밸브와 소통 상태에 놓이며, 상기 스위칭 밸브는 또한, 동력 공급 유압 유체 도관 및 배출 유압 유체 도관과 각각 소통 상태에 놓이고,
x. 지표면에 있는 모터 컨트롤러가, 상기 스위칭 밸브에 전기적으로 연결되며,
xi. 적어도 하나의 센서가,
1. 상기 액추에이터의 피스톤을 일방향으로 이동시키도록 구동하는 직접적 경로,
2. 상기 액추에이터의 피스톤을 타방향으로 이동시키도록 구동하는 교차 경로(cross-over pathway), 또는
3. 유압 유체가 상기 액추에이터를 우회하도록 야기하며 그리고 상기 액추에이터의 챔버들이 밀봉되어 상기 액추에이터 피스톤을 제동하고 제 위치에 유지시키도록 야기하는, 우회 경로 또는 아이들(idle) 위치
와 같은, 3가지 대안적 경로 사이에서, 상기 액추에이터로 그리고 상기 액추에이터를 통해 유압 유체의 유동을 스위칭하기에 적절한 시간을 지시하는 상태를 지시하도록, 신호를 상기 모터 컨트롤러에 제공하는 것인,
수중 시스템. - 유정 구멍 내에 설치되어 작동될 때, 지표면으로의 생산 배관에 부착되는, 시추공 펌프 어셈블리로서:
a. 선형 왕복 유압 모터;
b. 상기 유정 구멍으로부터의 밸브 제어 유체 흡입구들 및 상기 생산 배관으로의 밸브 제어 유체 배출구를 갖는, 상기 모터의 양측에서 상기 모터에 기계적으로 연결되는, 2개의 선형 왕복 펌프;
c. 상기 모터를 통해 유압 유체 유동을 위한, 선택 가능한 직접적 회로, 교차 회로 및 우회 회로를 갖는, 전자 기계식 스위칭 밸브로서, 상기 스위치는, 상기 어셈블리에 부착되며, 그리고 상기 어셈블리에서, 상기 스위치는, 지표면 전원에 의해 전력을 공급받는, 상기 어셈블리 상의 또는 상기 어셈블리와 지표면 사이의 유압 유체 회로 상의, 센서로부터의 신호에 작동적으로 응답하는 것인, 전자 기계식 스위칭 밸브; 및
d. 가압된 유압 유체를 위한, 상기 스위치 및 상기 액추에이터와 지표면 장비 사이의, 동력 공급 도관 및 배출 도관
을 포함하는 것인, 시추공 펌프 어셈블리. - 제 1항에 있어서,
상기 센서는, 적어도 하나의 전기적 제한 스위치로서, 상기 제한 스위치의 위치에의 상기 피스톤의 도달을 알리도록 작동적으로 연결되고, 상기 펌프의 선형 왕복 운동 범위의 적어도 일방향으로의 상기 펌프의 피스톤의 스트로크 중 하나의 종점에서의 피스톤의 위치 또는 그 근처에 위치되는 것인, 적어도 하나의 전기적 제한 스위치를 포함하는 것인, 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 어셈블리로부터 지표면을 향한 일방향 유동을 허용하도록, 상기 어셈블리의 내부 생산 실린더와 생산 유체 도관 사이에 부가되는, 일방향 밸브를 구비하는 것인, 시스템. - 제 1항에 있어서,
연관된 유체 연결부들, 밸브들 및 센서들을 갖는, 부가적인 동력 공급 펌프 섹션 또는 섹션들을 구비하는 것인, 시스템. - 제 1항에 있어서,
지표면 장비로서, 지표면 장비에서, 동력 유압 펌프의 동력 공급 유압 유체의 유량이, 지표면의 가변 주파수 구동(VFD) 모터의 작동에 의해 제어되고 변화될 수 있으며, 따라서 상기 시추공 액추에이터가 시추공 펌프 속도를 상응하게 변화시키도록 하는 것인, 지표면 장비를 구비하는 것인, 시스템. - 제 1항에 있어서,
유압 오일 냉각기를 포함하는 지표면 장비로서, 상기 유압 오일 냉각기는, 작동 유압 오일이, 특히 증기-보조 중력 배출(SAGD) 유정과 같은 200℃ 이상의 고온 유정 내의, 시추공 어셈블리 내의 장비의 작동 온도를 냉각 및 제어하기 위해, 요구되는 온도로 유지될 수 있도록, 유압 유체의 냉각을 제어하는 것인, 지표면 장비를 구비하는 것인, 시스템. - 제 1항에 있어서,
지표면 장비와 시추공 어셈블리 사이에, 가압된 유압 유체 공급을 위한 하나의 도관 및 배출 유압 유체 복귀를 위한 다른 도관을 구비하고, 단열된 배관 또는 도관, 또는 진공 단열 배관(VIT)이, 작동 유압 오일을 요구되는 온도 범위에 유지하도록, SAGD 유정과 같은 고온의 유정에서 유압 유체가 가열되는 것을 방지하기 위해 그리고 유압 유체를 단열하기 위해, 적어도 동력 공급 유압 유체 도관을 위해 사용될 수 있는 것인, 시스템. - 제 1항에 있어서,
유압 오일 배출 박스 내부의 유동에 대해 의도적으로 조절될 동력 공급 유압 오일 방향을 위한 시추공 어셈블리 내의 전기 기계적 스위칭 밸브를 구비하고, 시추공 어셈블리 내의 상기 전기 기계적 스위칭 밸브는, 냉각된 오일 및 압력 격리에 의한 요구되는 작동 온도를 갖는 깨끗한 작동 유압 오일에 의해, 둘러싸이고, 잠기며 그리고 보호되는 것인, 시스템. - 제 3항에 있어서,
지표면 장비에 컴퓨터화된 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(PLC)를 갖는 컨트롤러 박스를 구비하고, 제 1항의 시추공 어셈블리 내의 전기적 제한 스위치 및 전기 기계적 스위칭 밸브를 포함하는, 상기 시스템 내에 위치하게 되는, VFD 모터 그리고 모든 온도 및 압력 센서, 스위치들 및 밸브들을 또한 포함하는, 모든 시스템 장치들이, PLC 및 연관된 인터페이스들에 의해, 중앙 제어되며 그리고 보고될 수 있는 것인, 시스템.
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