(57)【要約】【課題】メンテナンスの頻度をより低減することができること。【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、通路の回転方向中心側の対象油の一部をスラスト軸受に供給する供給配管と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
内部に前記対象油の通路が形成された回転部と、
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、
前記通路の回転方向中心側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、を含む油田用ポンプ。
【請求項２】
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に記載の油田用ポンプ。
【請求項３】
前記供給配管は、一部が前記通路に突出している請求項１または請求項２に記載の油田用ポンプ。
【請求項４】
前記供給配管は、前記通路側の端部が、前記通路の前記対象油の流れ方向に沿って配置される請求項３に記載の油田用ポンプ。
【請求項５】
前記供給配管は、前記通路径方向内側の端面に開口する請求項１または請求項２に記載の油田用ポンプ。
【請求項６】
前記スラスト軸受に供給された対象油を、前記通路の前記供給配管の接続部よりも下流側に排出する排出配管を備える請求項５に記載の油田用ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油田に設置される油田用ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
例えば、特許文献１には、円筒形状の軸受の内周面側に摺接する回転軸の円周上に延在し前記回転軸の外周面に少なくとも一端および他端が開口して設けられた通路を備える回転軸機構が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１３０４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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改善の余地がある。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明は、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、内部に前記対象油の通路が形成された回転部と、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、前記通路の回転方向中心側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、を含む。
【０００８】
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。
【０００９】
前記供給配管は、一部が前記通路に突出していることが好ましい。
【００１０】
前記供給配管は、前記通路側の端部が、前記通路の前記対象油の流れ方向に沿って配置されることが好ましい。
【００１１】
前記供給配管は、前記通路径方向内側の端面に開口することが好ましい。
【００１２】
前記スラスト軸受に供給された対象油を、前記通路の前記供給配管の接続部よりも下流側に排出する排出配管を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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】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】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】図４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５】図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図６は、スラスト軸受の他の例を示す概略構成図である。
【図７】図７は、スラスト軸受の他の例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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を貯留する領域である。
【００１７】
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、採取した対象油を案内する。
【００１８】
次に、図１に加え、図２及び図３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。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、を含む。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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Ｒの外側に送り出す。
【００２４】
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。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。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。
【００２５】
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。
【００２６】
図１から図３に示すように、供給配管６２は、通路５６及びロータ３０の内部に設けられる。供給配管６２は、通路５６の回転方向中心側の対象油Ｑの一部をスラスト軸受５０に供給する。供給配管６２は、通路５６内に突出した突出管部６２ａと、ロータ３０の内部に形成されるロータ内管部６２ｂとを有する。突出管部６２ａは、ロータ３０のうち分岐部６０に面する部分から径方向Ｒの内側に向けて突出し、先端側が下方に屈曲される。突出管部６２ａは、下側の端部に採油口６２ｃを有する。採油口６２ｃは、通路５６の径方向Ｒの中心側に配置される。ロータ３０が回転することにより、通路５６内を流れる対象油Ｑに対して遠心力が働く。この遠心力により、対象油Ｑに含まれる鉱石等の固形物が通路５６内の径方向Ｒの外側に遠心分離される。このため、通路５６の径方向Ｒの外側では、固形物の含有量が多い状態の対象油Ｑが流れる。また、通路５６の径方向Ｒの中心側では、固形物の含有量が少ない状態の対象油Ｑが流れる。このように、通路５６の内部では、径方向Ｒの中心側と外側との間で固形物の含有量の分布が形成される。本実施形態では、採油口６２ｃが通路５６の径方向Ｒの中心側に配置されることにより、固形物の含有量が少ない状態の対象油Ｑを効率的に採取可能となる。
【００２７】
採油口６２ｃは、鉛直方向の下方に向けられる。また、突出管部６２ａは、採油口６２ｃから上方に延びている。このように、供給配管６２は、通路５６側の端部が、通路５６の対象油Ｑの流れ方向に沿って配置される。このため、通路５６内を鉛直方向の下側から上側に流れる対象油Ｑを効率的に採取可能である。
【００２８】
ロータ内管部６２ｂは、ロータ３０の内部を中心軸ＣＬの軸方向に沿って延びている。ロータ内管部６２ｂの一方の端部は、突出管部６２ａに接続される。ロータ内管部６２ｂの他方側は、スラスト軸受５０に対応する高さ位置において径方向Ｒの外側に屈曲され、ロータ３０の外周面３０ａに形成される供給口６２ｄに接続される。供給口６２ｄは、スラスト軸受５０の隙間Ｇの近傍に配置される。採油口６２ｃから採取された対象油Ｑは、突出管部６２ａ及びロータ内管部６２ｂを経由して、供給口６２ｄから流出する。供給口６２ｄから流出した対象油Ｑは、一部が上方に流れ、一部が隙間Ｇに供給される。
【００２９】
図４は、スラスト軸受に対象油Ｑを供給する機構の他の例を示す断面図である。図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。図４に示すように、供給配管６６が分岐部６０の下流側（図中上側）の通路５８を流れる対象油Ｑを採取してスラスト軸受５０に供給する構成としてもよい。
【００３０】
図４に示すように、供給配管６６は、ロータ３０の内部に形成される。供給配管６６は、ロータ３０の外周面３０ａのうち通路５８の径方向Ｒ内側の端面に開口する採油口６８ａと、ロータ３０の外周面３０ａのうちスラスト軸受５０に対応する位置に形成される供給口６８ｂと、採油口６８ａと供給口６８ｂとを接続するロータ内管部６８ｃとを有する。
【００３１】
採油口６８ａは、通路５８の径方向Ｒの内周側に面している。ロータ３０が回転することにより、通路５８内を流れる対象油Ｑに対しても、上記同様に遠心力が働く。この遠心力により、対象油Ｑに含まれる鉱石等の固形物が通路５８内の径方向Ｒの外周側に遠心分離される。このため、通路５８の径方向Ｒの外周側では、固形物の含有量が多い状態の対象油Ｑが流れる。また、通路５８の径方向Ｒの内周側では、固形物の含有量が少ない状態の対象油Ｑが流れる。このように、通路５８の内部では、径方向Ｒの内周側と外周側との間で固形物の含有量の分布が形成される。本実施形態では、採油口６８ａが通路５８の径方向Ｒの内周側に面して配置されることにより、固形物の含有量が少ない状態の対象油Ｑを効率的に採取可能となる。
【００３２】
図５に示すように、ロータ内管部６８ｃは、分岐部６０と干渉しないように、中心軸ＣＬの軸回り方向に複数配置される。ロータ内管部６８ｃを複数箇所に配置することで、スラスト軸受５０の回転方向に対して均等に対象油Ｑを供給可能となる。
【００３３】
なお、図５に示す例において、分岐部６０は、中心軸ＣＬの軸回り方向に複数配置される。各分岐部６０は、断面視において、ロータ３０の回転方向に対して交差する方向に直線状に形成される。ロータ３０の内部の通路５６では、遠心分離により、径方向Ｒの外側を流れる対象油Ｑの固形物の含有量が多くなっている。また、通路５６では、ロータ３０の回転により、ロータ３０の回転方向に沿った方向の流れが形成される。つまり、径方向Ｒの外側では、多くの固形物がロータ３０の回転方向に沿って流れている。図５の例では、分岐部６０がロータ３０の回転方向に対して交差する方向に形成される。このため、ロータ３０が回転する場合に、固形物が分岐部６０に入り込むことが抑制される。なお、上記した図３に示す構成について、図５に示す構成と同様に分岐部６０がロータ３０の回転方向に対して交差する方向に形成されてもよい。
【００３４】
また、図５に示す構成では、固定筒２８の内部に排出配管９２が設けられる。排出配管９２は、流入口９２ａと、排出口９２ｂと、固定筒内管部９２ｃとを有する。流入口９２ａは、固定筒２８の内周面２８ａのうち隙間Ｇに対応する部分の一部に開口される。排出口９２ｂは、固定筒２８の内周面２８ａのうち供給配管６６の採油口６８ａよりも下流側（図５の上側）に開口される。
【００３５】
この構成では、分岐部６０から通路５８に流れた対象油Ｑのうち、通路５８の径方向Ｒの内周側を流れる対象油Ｑの一部が採油口６８ａに流れ込む。採油口６８ａに流れ込んだ対象油Ｑは、接続部６８ｃを流れて供給口６８ｂから流出する。供給口６８ｄから流出対象油Ｑは、一部が上方に流れ、一部が隙間Ｇに供給される。隙間Ｇに供給される対象油Ｑは、排出配管９２を介して、通路５８のうち供給配管６６の採油口６８ａよりも下流側に排出される。
【００３６】
図６は、スラスト軸受の他の例を示す概略構成図である。図６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。
【００３７】
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。
【００３８】
図６及び図７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、６６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。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係るポンプ１２は、油田４に繋がった配管１４の内部に配置され、貯留された対象油Ｑ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Ｑの通路が形成されたロータ３０と、ロータ３０の外周に配置されたステータ３２と、ロータ３０と、ステータ３２との中心軸ＣＬの軸方向の荷重を支持するスラスト軸受５０と、通路５６、５８の回転方向中心側の対象油Ｑの一部をスラスト軸受５０に供給する供給配管６２、６６と、を含む。
【００４０】
この構成によれば、通路を流れる対象油Ｑにおいて遠心分離により固形物の含有量が多い部分と少ない部分とが形成され、固形物の含有量が少ない部分の対象油Ｑを採取可能となる。したがって、スラスト軸受５０に供給される潤滑油となる対象油に含まれる固形物の含有量を低減することができる。これにより、メンテナンスの頻度をより低減することができる。
【００４１】
本実施形態に係るポンプ１２において、スラスト軸受５０は、ロータ３０の外周に固定され、ロータ３０と一体で回転する突出部７０と、ステータ３２に固定され、突出の軸方向の面と対面する対面部７２ａ、７４ａと、を含み、突出部７０と対面部７２ａ、７４ａとの間の隙間Ｇに対象油Ｑが充填される。したがって、固形物の含有量が少ない対象油Ｑを確実にスラスト軸受５０に供給できる。
【００４２】
本実施形態に係るポンプ１２において、供給配管６２は、一部が通路５６に突出している。これにより、通路５６の径方向のより中央側に近い部分流れる対象油Ｑを採取可能となる。
【００４３】
本実施形態に係るポンプ１２において、供給配管６２は、通路５６側の端部が、通路５６の対象油Ｑの流れ方向に沿って配置される。これにより、路５６内を鉛直方向の下側から上側に流れる対象油Ｑを効率的に採取可能である。
【００４４】
本実施形態に係るポンプ１２において、供給配管６６は、通路５８の径方向内側の端面に開口する。これにより、固形物の含有量が少ない対象油Ｑを採取可能となる。
【００４５】
本実施形態に係るポンプ１２において、スラスト軸受５０に供給された対象油Ｑを、通路５８の供給配管６６の採油口６８ａよりも下流側に排出する排出配管９２を備える。これにより、スラスト軸受５０に供給された対象油Ｑについて、流れを形成することができる。このため、新しい対象油Ｑをスラスト軸受５０に供給できる。
【００４６】
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。
【符号の説明】
【００４７】
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  電磁石
４２  永久磁石
５０，５０ａ，５０ｂ  スラスト軸受
６０  分岐部
６２，６６  供給配管
６２ａ  突出管部
６２ｂ，６８ｃ  ロータ内管部
６２ｃ，６８ａ  採油口
６２ｄ，６８ｂ，６８ｄ  供給口
６８ｃ  接続部
７０  突出部
７０ａ  第１面
７０ｂ  第２面
７０ｃ  側面
７２，７４  保持部
７２ａ，７４ａ  対面部
７８  バネ部
９２  排出配管
９２ａ  流入口
９２ｂ  排出口
９２ｃ  固定筒内管部
ＣＬ  中心軸  
Ｇ  隙間
Ｑ  対象油
Ｒ  径方向
【図１】
2020197140.tif 000003
【図２】
2020197140.tif 000004
【図３】
2020197140.tif 000005
【図４】
2020197140.tif 000006
【図５】
2020197140.tif 000007
【図６】
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【図７】
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