JP2020197139A - 油田用ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスの頻度をより低減させる。【解決手段】油田に繋がった配管の内部に配置され、貯留された対象油を所定の方向に送る油田用ポンプであって、内部に対象油の通路が形成された回転部と、回転部の外周に配置された固定部と、回転部と、固定部との軸方向の荷重を支持するスラスト軸受と、通路の対象油の一部をスラスト軸受に供給する供給配管と、対象油の流れ方向において、通路の供給配管よりも上流側に配置され、異物を捕集するフィルタと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、油田に設置される油田用ポンプに関する。

油田は、油が採取可能な位置に繋がった配管と、その配管の内部に配置され、配管内の油を送るポンプと、有する採油装置により油を採取する。ポンプは、配管の液中に配置され、配管の内部の油を採油口側に送る。ポンプは、油田の油を送るため、液中に異物が含まれる場合がある。異物が回転部と固定部との間に混入し、堆積すると故障の原因になる。

例えば、特許文献１には、すべり軸受に対しての構造であるが、外周面に第１の摺動部を有し且つ内周面に第２の摺動部を有し、水中及び大気中で回転可能な回転部材と、第１の摺動部を内周面で支持する第１のすべり軸受と、第２の摺動部を外周面で支持する第２のすべり軸受と、第１の摺動部及び第２の摺動部への異物の流入を低減するための防塵カバーと、を有する立軸ポンプが記載されている。

特開２０１６−１３３０９８号公報

ここで、油田用ポンプは、対象油を圧縮して送る羽根車を備えるポンプ本体と、ポンプ本体と連結し、駆動源となるモータと、を含む。また、油田用ポンプは、軸受機構を備える。軸受機構に潤滑油を供給する場合、潤滑油の供給ラインを配管の全域に設けるか、定期的にメンテナンスをすることになる。これに対して、対象油で軸受機構を潤滑すると、対象油田用ポンプの軸受機構に異物が混入する可能性がある。また、特許文献１に記載の装置は、異物の影響を低減できるがすべり軸受に適用するものであり、改善の余地がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、メンテナンスの頻度をより低減することができる油田用ポンプを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本開示は、油田に繋がった配管の内部に配置され、貯留された対象油を所定の方向に送る油田用ポンプであって、回転部と、前記回転部の外周に配置された固定部と、前記回転部の内部に形成された部分と前記回転部と前記固定部との間に形成された部分が繋がり、前記対象油が流れる通路と、前記回転部と、固定部との軸方向の荷重を支持するスラスト軸受と、前記通路の対象油の一部を前記スラスト軸受に供給する供給配管と、前記対象油の流れ方向において、前記通路の前記供給配管よりも上流側に配置され、異物を捕集するフィルタと、を含む。

前記供給配管は、前記通路から分岐し、前記フィルタは、前記通路と前記供給配管との分岐する位置に、前記通路の前記対象油の流れに沿って配置されることが好ましい。

前記分岐する位置は、前記通路の前記回転部と前記固定部との接続部であることが好ましい。

前記フィルタは、前記回転部の前記通路の入口よりも上流側に、振動可能な状態で前記固定部に固定されることが好ましい。

前記回転部の前記通路の入口に配置され、前記作動油の流れに乱流を発生させる乱流発生部を備えることが好ましい。

前記乱流発生部は、羽形状であり、回転方向に複数配置されることが好ましい。

前記フィルタは、板状の部材に、厚み方向に貫通する貫通孔が形成されることが好ましい。

前記スラスト軸受は、前記回転部の外周に固定され、前記回転部と一体で回転する突出部と、前記固定部に固定され、前記突出の軸方向の面と対面する対面部と、を含み、前記突出部と前記対面部との間に前記対象油が充填されることが好ましい。

本発明によれば、メンテナンスの頻度をより低減することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る油田用ポンプを含む採油装置の概略構成図である。 図２は、図１に示す油田用ポンプの部分断面図である。 図３は、スラスト軸受に対象油を供給する機構の一例を示す断面図である。 図４は、フィルタの概略構成を示す正面図である。 図５は、フィルタの機能を説明するための部分拡大図である。 図６は、スラスト軸受に対象油を供給する機構の他の例を示す断面図である。 図７は、スラスト軸受の他の例を示す概略構成図である。 図８は、スラスト軸受の他の例を示す概略構成図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施形態に係る油田用ポンプを含む採油装置の概略構成図である。採油装置１０は、設置面２に設置される。設置面２は、油田４に対して設置されている。油田４が海底にある場合、つまり油田４が海底油田の場合、設置面２は、海の上に設置される建造物となる。設置面２は、油田４が地面の地下にある場合、地面となる。油田４は、採油する対象の対象油Ｑを貯留する領域である。

採油装置１０は、図１に示すように、ポンプ（油田用ポンプ）１２と、配管１４と、地上設備１６と、案内管１８と、を有する。ポンプ１２は、油田４に貯留されている対象油Ｑを送る機器である。対象油Ｑには、原油に加えて鉱石等の固形物が含まれる場合がある。配管１４は、内部に対象油Ｑが流れる流路であり、一方の端部が油田４に設置され、他方の端部が地上設備１６に接続される。配管１４は、内部の油田４側の部分にポンプ１２が配置されている。地上設備１６は、例えばコイルタービン又はワイヤ巻き取り機構等、後述するワイヤ２０を巻き取る装置を有する。案内管１８は、採取した対象油Ｑを案内する。

次に、図１に加え、図２から図５を用いて、ポンプ１２を説明する。図２は、図１に示す油田用ポンプの部分断面図である。図３は、スラスト軸受に対象油を供給する機構の一例を示す断面図である。図４は、フィルタの概略構成を示す正面図である。図５は、フィルタの機能を説明するための部分拡大図である。ポンプ１２は、ワイヤ２０と、ポンプ本体２２と、連結部２４と、モータ２６と、固定筒２８と、電気ケーブル２９と、スラスト軸受５０と、供給配管６２と、フィルタ６４と、を含む。

ポンプ１２は、ポンプ本体２２、連結部２４及びモータ２６の一部（後述するロータ３０）が一体で連結される。ポンプ本体２２は、上端にワイヤ２０が連結される。ワイヤ２０は、上記の地上設備１６により巻き取り及び繰り出しが可能となっている。固定筒２８は、モータ２６の一部であるステータ３２を固定する。固定筒２８の内部には、採取された対象油Ｑが流通可能である。電気ケーブル２９は、地上設備１６とステータ３２との間を接続し、ステータ３２に電力を供給する。

本実施形態に係るポンプ１２は、ポンプ本体２２、連結部２４及びモータ２６と、電気ケーブル２９とが分離可能である。つまり、ワイヤ２０を巻き取ることにより、ポンプ本体２２、連結部２４及びモータ２６のロータ３０が一体となり、ステータ３２から分離されて固定筒２８内を上昇可能となっている。この構成により、ポンプ本体２２、連結部２４及びロータ３０の一体物の投入及び引き上げを容易に行うことが可能であるため、設置面２において大規模なリグ等の設置が不要となる。

モータ２６は、ロータ（回転部）３０と、ステータ（固定部）３２と、を有する。ロータ３０は、円筒状である。ロータ３０は、内部に対象油Ｑが流通する通路３４が形成される。また、対象油Ｑが流れる通路３４は、接続部２４の通路と接続される、接続部２４は、対象油Ｑの通路として、通路５６、５８と、分岐部６０とが形成される。通路５６は、通路３４と分岐部６０とを接続する。分岐部６０は、ロータ３０内を流通する対象油Ｑをロータ２０とステータ３２との間の空間に供給する。通路５８は、分岐部６０よりも鉛直方向上側に設けられ、内周面がロータ３０、外周面がステータ３２となる。通路５８は、ポンプ２２の通路と接続する。

ロータ３０は、中心軸ＣＬを中心として回転可能である。ロータ３０は、永久磁石４０を有する。永久磁石４０は、ステータ３２は、ロータ３０の外周にロータ３０と一体で配置される。ステータ３２は、電磁石４２を有する。電磁石４２は、電気ケーブル２９から供給される電力により磁場を生じさせる。電磁石４０から生じる磁場と永久磁石４２から生じる磁場との相互作用により、ロータ３０が中心軸ＣＬを中心として回転可能となっている。ロータ３０の鉛直方向上側には、ポンプ２２の羽根車が配置される。ロータ３０が回転することにより、ロータ３０と一体で羽根車が回転する。羽根車の回転により、周囲の対象油Ｑがロータ３０の内部に圧縮して供給されるようになっている。つまり、ロータ３０は、ポンプ１２のロータ（回転部）と連結しており一体で回転する。また、ステータ３２は、ポンプ１２のステータと連結している。

連結部２４において、ロータ３０の中心軸方向の上端部は、固定筒２８の下端部に挿入されている。通路５６は、固定筒２８内において分岐部６０に接続される。分岐部６０は、通路３４内を鉛直方向の上方に流通してくる対象油Ｑを径方向の外側に送り出す。

スラスト軸受５０は、突出部７０と、対面部７２ａを備える保持部７２と、対面部７４ａを備える保持部７４と、を有する。突出部７０は、ロータ３０の外周３０ａに固定され、ロータ３０と一体で回転する。突出部７０は、例えば円板状であり、中心軸ＣＬの軸方向の表裏に配置される第１面７０ａ及び第２面７０ｂを有する。本実施形態において、例えば第１面７０ａが鉛直方向の下側の面であり、第２面７０ｂが鉛直方向の上側の面である。保持部７２、７４は、突出部７０と対面する面に軸受パッド７６が設けられている。対面部７２ａ、対面部７４ａは、軸受パッド７６の表面である。突出部７０は、第１面７０ａ、第２面７０ｂに軸受パッドを設けてもよい。

保持部７２、７４は、リング上の部材であり、連結部２４のステータ、本実施形態では固定筒２８に固定される。保持部７２、７４は、ネジ等の締結機構で固定筒２８に固定されることで、固定筒２８に対して着脱可能である。これにより、ロータ３０を取り出すことができる。対面部７２ａは、突出部７０の第１面７０ａと対面する。対面部７４ａは、突出部７０の第２面７０ｂと対面する。また、突出部７０は、中心軸ＣＬを中心とした円筒状の側面７０ｃを有する。側面７０ｃは、固定筒２８の内周面２８ａと対面する。

第１面７０ａと対面部７２ａとの間、第２面７０ｂと対面部７４ｂとの間、側面７０ｃと内周面２８ａとの間には、それぞれ潤滑油が充填される隙間Ｇが形成される。隙間Ｇに潤滑油が充填されることにより、スラスト軸受５０がロータ３０を円滑に回転可能としつつ、ロータ３０とステータ３２との間の中心軸ＣＬの軸方向の荷重を支持することが可能となっている。この潤滑油には、油田４から採取される対象油Ｑが用いられる。対象油Ｑを隙間Ｇに供給する構成については、後述する。

図２及び図３に示すように、ポンプ１２は、通路３４、５６、５８及び分岐部６０を流れる対象油Ｑの一部をスラスト軸受５０に供給する供給配管６２を備える。供給配管６２は、ロータ３０とステータ３２とで挟まれた領域であり、円筒状の流路である。供給配管６２は、一方の端部である採油口６２ａが分岐部６０と接続し、他方の端部である供給口６２ｂがスラスト軸受５０の隙間Ｇと接続している。

フィルタ６４は、供給配管６２と分岐部６０との接続部、具体的には、供給配管６２の採油口６２ａに配置される。また、フィルタ６４は、分岐部６０から通路５８に向かって流れる対象部Ｑの流れ方向に沿って配置されている。つまり、フィルタ６４は、分岐部６０側の面が分岐部６０の流路の壁面に沿って配置されている。フィルタ６４は、配置されている位置の対象油Ｑの流路、つまり、採油口６２ａの全面を塞いでいる。フィルタ６４が配置されている位置を通過する対象油Ｑは、フィルタ６４を通過する。フィルタ６４は、図４及び図５に示すように、採油口６２ａに対応した板状部材６６に多数の貫通孔６８が形成されている。板状部材６６は、リング形状であり、内周側の端部が採油口６２ａの内周側の端部と接続し、外周側の端部が採油口６２ａの外周側の端部と接続する。貫通孔６８は、板状部材６６を厚み方向に貫通している。本実施形態では、貫通孔６８は、板状部材６６の表面に直交する方向に延びる穴となる。貫通孔６８は、分岐部６０と供給配管６２とを繋ぎ、対象油Ｑが流れる流路となる。除去対象の異物、例えば鉱石よりも小さい径である。

ポンプ１２は、通路の分岐部６０と接続する供給流路６２を設けることで、スラスト軸受５０に対象油Ｑを供給することができる。これにより、他の潤滑油を供給する系統を設けずに、スラスト軸受５０に潤滑油を供給することができる。また、ポンプ１２は、スラスト軸受５０に対象油Ｑを供給する流路に、配置位置の全域を覆うフィルタ６４を設けることで、フィルタ６４を通過した対象油Ｑをスラスト軸受５０に供給することができる。これにより、スラスト軸受５０に供給する対象油Ｑから異物を低減することができ、スラスト軸受５０の寿命を長くすることができる。

フィルタ６４は、分岐部６０から通路５８に向かって流れる対象部Ｑの流れ方向に沿って配置している。ここで、ポンプ１２は、ロータ３０が回転し、かつ、分岐部６０が、径方向に傾斜していることで、分岐部６０を流れる対象油Ｑに対して径方向外側に向かう遠心力が働く。この遠心力により、対象油Ｑに含まれる鉱石等の異物（固形物）は、分岐部６０に沿って流れる。このため、分岐部６０から供給配管６２に向かう対象油Ｑは、固形物の含有量が少ない状態となる。これにより、フィルタ６４に向かう対象油Ｑは、分岐部６０から通路５８に向かう対象油Ｑと比較して、相対的に固形物の少ない状態で供給される。これにより、フィルタ６４は、目詰まり等の発生を抑制することができ、フィルタ６４の寿命を長くすることができ、メンテナンスの頻度を低減することができる。また、分岐部６０には、フィルタ６４の表面に沿った対象油Ｑの流れが形成されるため、フィルタ６４の表面に固形物が堆積した場合でも、分岐部６０の流れで、固形物をフィルタ６４の表面から移動させることができ、目詰まりを抑制することができる。

フィルタ６４は、上記効果を得ることができるため、ポンプ１２に向かって対象油を供給する通路と供給配管との接続部に設けることが好ましい。また、フィルタ６４を、表面が、通路の流れに沿う向きに配置することで、目詰まりを抑制することができる。なお、本実施形態では、分岐部６０に供給配管６２を接続したが、供給配管６２の接続位置はこれに限定されない。供給配管６０は、通路５６に接続しても、通路５８に接続してもよい。

次に、図６は、スラスト軸受に対象油を供給する機構の他の例を示す断面図である。図６に示すポンプは、フィルタを設ける位置を除いて他の構成は樹本的に図１から図５に示すポンプ１２と同様である。

図６に示すポンプは、フィルタ６４ａと、乱流発生部９０と、を含む。フィルタ６４ａは、モータ２６の通路３４の入口（採油口）３４ａを覆う位置に配置される。フィルタ６４ａは、円形の板状部材であり、外縁の近傍の接合部９２が、モータ２６のステータ３２に接合している。フィルタ６４ａの入口（採油口）３４ａ側の開口を全て覆うことで、対象油Ｑは、フィルタ６４ａを通過した後、採油口３４ａに流入する。フィルタ６４ａは、固形物を捕集し、対象油Ｑを通過させる。フィルタ６４ａは、上記実施形態のように、除去対象の固形物が通過しない貫通孔を設けてもよいし、不織布のように繊維状の部材を不規則に配置して、固形物を捕集する構造としてもよい。本実施形態のフィルタ６４ａは、振動可能な状態で接合部９２がステータ３２に接合する。つまり、フィルタ６４ａは、接合部９２間の長さが、ステータ３２の接合部９２間の距離よりも長く、一部がたわんでいる。

乱流発生部９０は、フィルタ６４ａを通過する供給油Ｑの流れに乱れを発生させる。乱流発生部９０は、ロータ３０の入口３４ａ側の端部に配置される。乱流発生部９０は、ロータ３０の回転方向に置いて、複数個所に配置され、ロータ３０の入口３４ａ側の端部の形状を不均一にする。本実施形態の乱流発生部９０は、羽根形状である。乱流発生部９０は、ロータ３０と共に回転することで、フィルタ６４ａを通過する供給油Ｑの流れに乱れを発生させる。

図６に示すポンプは、フィルタ６４ａを設けることで、通路３４に流入する対象油Ｑに含まれる固形物をフィルタ６４ａで捕集することができる。これにより、通路３４から供給配管６４を流れスラスト軸受５０の隙間Ｇに供給される対象油Ｑに含まれる固形物を低減することができ、スラスト軸受５０のメンテナンスの頻度を低減することができる。また、フィルタ６４ａを振動可能な状態でステータ３２に固定することで、対象油Ｑの流れで、フィルタ６４ａを振動させることができ、フィルタ６４ａへの固形物の体積を抑制することができる。これにより、フィルタ６４ａのメンテナンスの頻度も低減することができる。

また、図６に示すポンプは、フィルタ６４ａの近傍のロータ３０に乱流発生部９０を設け、乱流発生部９０をロータ３０ともに回転させることで、フィルタ６４ａを通過する対象油Ｑの流れにより好適な乱れを発生させることができる。これにより、フィルタ６４ａを効率よく振動させることができる。また、本実施形態のように、乱流発生部９０を羽根形状とすることで、乱流をより効果的に発生させることができる。なお、乱流発生部９０は、羽根形状に限定されず、軸方向に突出している棒でも、凹凸でもよい。乱流発生部９０は、回転方向に不均一な構造とすることで、乱流を発生させる。

図７は、スラスト軸受の他の例を示す概略構成図である。図７に示すように、スラスト軸受５０ａは、中心軸ＣＬの軸方向に多段に設けられてもよい。この構成では、スラスト軸受５０ａに対する荷重が中心軸ＣＬの軸方向に分散される。したがって、スラスト軸受５０ａの１つ当たりに作用する面圧を低減し、隙間Ｇを大きくすることが可能となる。このため、固形物を含む対象油Ｑを潤滑油として用いる構成では、突出部７０の第１面７０ａ、第２面７０ｂと、対面部７２ａ、７４ａとの間において固形物の噛み込みが低減され、長寿命化を図ることができる。

図８は、スラスト軸受の他の例を示す概略構成図である。図８に示すように、スラスト軸受５０ｂは、中心軸ＣＬの軸方向に多段に設けられる場合において、突出部７０と保持部７２、７４の少なくとも一方との間にバネ部７８が設けられてもよい。これにより、スラスト軸受５０ａの１つ当たりに作用する面圧の均一化を図ることができる。また、軸受パッド７６は、突出部７０に設けられている。

図７及び図８に示すように、スラスト軸受を多段に配置した場合、供給配管６２は、突出部７０の隙間毎に設けてもよいし、１つの突出部の隙間を通過した後、次の突出部の隙間に供給されるようにしてもよい。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。

２ 設置面
４ 油田
１０ 採油装置
１２ ポンプ
１４ 配管
１６ 地上設備
１８ 案内管
２０ ワイヤ
２２ ポンプ本体
２４ 連結部
２６ モータ
２８ 固定筒
２８ａ 内周面
２９ 電気ケーブル
３０ ロータ
３０ａ 外周
３２ ステータ
３４，５６，５８ 通路
４０ 永久磁石
４２ 電磁石
５０，５０ａ，５０ｂ スラスト軸受
６０ 分岐部
６２ 供給配管
６２ａ 採油口
６２ｂ 供給口
６４、６４ａ フィルタ
７０ 突出部
７０ａ 第１面
７０ｂ 第２面
７０ｃ 側面
７２，７４ 保持部
７２ａ，７４ａ，７４ｂ 対面部
７６ パッド
７８ バネ部
９０ 乱流発生部
９２ 接合部
９４ 振動方向
Ｇ 隙間
Ｑ 対象油

Claims (8)

1. 油田に繋がった配管の内部に配置され、貯留された対象油を所定の方向に送る油田用ポンプであって、
   回転部と、
   前記回転部の外周に配置された固定部と、
   前記回転部の内部に形成された部分と前記回転部と前記固定部との間に形成された部分が繋がり、前記対象油が流れる通路と、
   前記回転部と、固定部との軸方向の荷重を支持するスラスト軸受と、
   前記通路の対象油の一部を前記スラスト軸受に供給する供給配管と、
   前記対象油の流れ方向において、前記通路の前記供給配管よりも上流側に配置され、異物を捕集するフィルタと、を含む油田用ポンプ。
2. 前記供給配管は、前記通路から分岐し、
   前記フィルタは、前記通路と前記供給配管との分岐する位置に、前記通路の前記対象油の流れに沿って配置される請求項１に記載の油田用ポンプ。
3. 前記分岐する位置は、前記通路の前記回転部と前記固定部との接続部である請求項２に記載の油田用ポンプ。
4. 前記フィルタは、前記回転部の前記通路の入口よりも上流側に、振動可能な状態で前記固定部に固定される請求項１に記載の油田用ポンプ。
5. 前記回転部の前記通路の入口に配置され、前記作動油の流れに乱流を発生させる乱流発生部を備える請求項４に記載の油田用ポンプ。
6. 前記乱流発生部は、羽形状であり、回転方向に複数配置される請求項５に記載の油田用ポンプ。
7. 前記フィルタは、板状の部材に、厚み方向に貫通する貫通孔が形成される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の油田用ポンプ。
8. 前記スラスト軸受は、前記回転部の外周に固定され、前記回転部と一体で回転する突出部と、前記固定部に固定され、前記突出の軸方向の面と対面する対面部と、を含み、
   前記突出部と前記対面部との間に前記対象油が充填される請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の油田用ポンプ。

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