(57)【要約】      （修正有）【課題】地下層すなわち貯留層から水および／または炭化水素等の流体を汲み上げるための改良された装置および方法が提供される。【解決手段】かかる装置および方法には、所定のポンプストロークを有するサッカーロッドポンプのロッドに実質的に鉛直方向に往復運動させるためのクランク付きロッドポンプ（ＣＲＰ）装置が使用される。ＣＲＰ装置は、モータ駆動式クランク付き機械式アクチュエータ装置を含む。クランク付き機械式アクチュエータ装置は、サッカーロッドポンプのロッドを鉛直方向に移動させ且つこの移動を制御するために、サッカーロッドポンプのロッドに取り付けられた、実質的に鉛直方向に移動可能な部材を含む。アクチュエータ装置は、空気圧式釣合装置を含んでいてもよい。【選択図】図１７
2015078677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のポンプストロークを有するサッカーロッドポンプのロッドに実質的に鉛直方向の往復動をさせるためのクランク付きロッドポンプ（ＣＲＰ）装置であって、
前記サッカーロッドポンプの前記ロッドを鉛直方向に移動させるとともに該鉛直方向の移動を制御するために、前記サッカーロッドポンプの前記ロッドに取り付けられた実質的に鉛直方向に移動可能な部材を有するクランク付き機械式アクチュエータ装置と、
前記機械式線形アクチュエータ装置の前記実質的に鉛直方向に移動可能な部材に作動可能に連結された回転可能なエレメントを有するモータと
を備え、
前記連結は、前記モータの前記回転可能なエレメントの回転位置と、前記鉛直方向に移動可能な部材の鉛直方向の移動と、の間に一定の関係が確立されるように行われる
ＣＲＰ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＲＰ装置であって、更に、
入力が実質的に一定の作動モードで前記モータを作動させるためのモータ駆動装置および制御装置を備える
ＣＲＰ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＣＲＰ装置であって、
前記ＣＲＰ装置は、実質的に電力貯蔵エレメントを備えていない
ＣＲＰ装置。
【請求項４】
請求項２に記載のＣＲＰ装置であって、
前記ＣＲＰ装置は、実質的に動力貯蔵エレメントを備えていない
ＣＲＰ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のＣＲＰ装置であって、
前記ＣＲＰ装置は、前記モータを駆動するための動力の一部または全てを提供するために作動可能に取り付けられた太陽エネルギ電源を備える
ＣＲＰ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のＣＲＰ装置であって、
前記ＣＲＰ太陽エネルギ電源は、前記モータを駆動するための唯一の電源であり、前記太陽エネルギ電源が前記モータを駆動するのに十分な電力を発生させる場合にのみ、前記ＣＲＰ装置が汲み上げを行う
ＣＲＰ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のＣＲＰ装置であって、
前記クランク付き機械式アクチュエータ装置は、更に、
坑井のウェルヘッドに取り付けられるように構成されたベースを有するフレームと、
前記ベースが前記ウェルヘッドに取り付けられたときに、前記ベースから鉛直方向上方に向けて延びる少なくとも２つの線形ガイドレールと
を備え、
前記鉛直方向に移動可能な部材は、前記線形ガイドに摺動可能に取り付けられるとともに、前記ガイドに沿って実質的に線形に鉛直方向に往復動するために前記ガイドによって拘束される
ＣＲＰ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のＣＲＰ装置であって、
前記クランク付きロッド機械式アクチュエータは、更に、前記フレームと前記鉛直方向に移動可能な部材との間に作動可能に連結された空気圧式釣合装置を備える
ＣＲＰ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のＣＲＰ装置であって、
前記空気圧式釣合装置は、前記鉛直方向に移動可能な部材の下降ストロークの一部中にエネルギを蓄え、該蓄えられたエネルギを、前記鉛直方向に移動可能な部材の後続の上昇ストロークの一部中に解放するために、前記フレームと前記鉛直方向に移動可能な部材との間に作動可能に連結された少なくとも１つの空気圧シリンダを備える
ＣＲＰ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のＣＲＰ装置であって、
前記少なくとも１つの空気圧シリンダは、前記鉛直方向に移動可能な部材と前記ベースとの間に配置される
ＣＲＰ装置。
【請求項１１】
請求項７に記載のＣＲＰ装置であって、
前記クランク付き機械式アクチュエータ装置は、更に、
クランクエレメントであって、前記モータの前記回転可能なエレメントと一定の駆動比で回転するために、前記クランクエレメントの第１取り付け点において前記モータの前記回転可能なエレメントに作動可能に連結されたクランクエレメントと、
第１の取り付け点および第２の取り付け点を有する関節連結リンクエレメントと
を備え、
前記第１の取り付け点および前記第２の取り付け点は、前記関節連結リンクエレメントに沿って互いから離間された関係で配置され、
前記関節連結リンクエレメントの前記第１取り付け点は、前記クランクエレメントの前記第１取り付け点から半径方向外方に偏心して離間された、前記クランクエレメントの第２取り付け点において前記クランクエレメントに枢動可能に連結され、
前記関節連結リンクエレメントの前記第２取り付け点は、前記鉛直方向に移動可能な部材に枢動可能に取り付けられる
ＣＲＰ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のＣＲＰ装置であって、
前記関節連結リンクおよび前記クランクエレメントは、前記関節連結リンクが、前記鉛直方向に移動可能なエレメントが前記研磨ロッドに及ぼす力の力線と実質的に整合するように構成される
ＣＲＰ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のＣＲＰ装置であって、
前記関節連結リンクエレメントは、オフセット部位を備えるように構成される
ＣＲＰ装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載のＣＲＰ装置であって、
前記クランクエレメントおよび前記関節連結リンクエレメントのうちの少なくとも一方は、更に、前記ガイドに沿った前記鉛直方向に移動可能な部材のストロークを変えることによって、前記ポンプストロークを変化させるための追加的な取り付け点を備える
ＣＲＰ装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載のＣＲＰ装置であって、
前記クランク付きロッド機械式アクチュエータは、更に、前記モータの前記回転可能なエレメントと、前記クランクエレメントの前記第１取り付け点と、の間に作動可能に連結された駆動装置を備える
ＣＲＰ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＣＲＰ装置であって、
前記クランクエレメントおよび前記関節連結リンクエレメントのうちの少なくとも一方は、更に、前記ガイドに沿った前記鉛直方向に移動可能な部材のストロークを変えることによって前記ポンプストロークを変化させるための追加的な取り付け点を備える
ＣＲＰ装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載のＣＲＰ装置であって、
前記駆動装置は、前記ベースに取り付けられている
ＣＲＰ装置。
【請求項１８】
ウォーキングビーム装置を有する炭化水素坑井の使用寿命を延ばすための方法であって、
前記ウォーキングビーム装置は、前記坑井に配置された、所定のポンプストロークを有するサッカーロッドポンプのロッドを実質的に鉛直方向に往復動させるために、前記坑井に作動可能に連結されており、
前記方法は、前記ロッドを前記ウォーキングビーム装置から取り外し、該ロッドをＣＲＰ装置に作動可能に連結する工程を備える
方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、更に、
前記ＣＲＰ装置に交換する前の前記ウォーキングビームポンプの生産速度よりも低い生産速度で前記ＣＲＰ装置を作動させる工程を備える
方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、更に、
前記ＣＲＰ装置を前記坑井のウェルヘッドに直接的に取り付ける工程を備える
方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法であって、更に、
前記ウォーキングビーム装置を前記坑井に隣接した所定の場所に残す工程を備える
方法。
【請求項２２】
辺鄙な場所にある流体源から流体を汲み上げるための方法であって、
ＣＲＰ装置を前記流体源に作動可能に取り付ける工程を備える
方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、更に、
前記ＣＲＰ装置を独立型動力源に取り付ける工程を備える
方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、
前記独立型動力源は、太陽エネルギ電源を備える
方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法であって、更に、
前記辺鄙な場所において前記流体源を供給する工程を備える
方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、
前記辺鄙な場所にある前記流体源は流体坑井を含み、
前記方法は、更に、前記流体坑井を提供する工程を備える
方法。
【請求項２７】
出力シャフトを有するモータによって駆動されるＣＲＰ装置を起動するための方法であって、
前記モータを回転させて、前記出力シャフトに所定の回転速度および回転方向を与える工程と、
前記回転速度が減速して閾値速度を下回る場合、前記モータの前記回転方向を逆転させる工程と、
前記回転速度が前記閾値速度を下回って減速した状態でなくなるまで、前記第２工程に従った前記回転方向の逆転を継続する工程と
を備える方法。
【請求項２８】
請求項１に記載のＣＲＰ装置であって、
前記クランク付き機械式アクチュエータ装置は、更に、フレームと、クランクエレメントと、関節連結リンクエレメントとを備え、
前記フレームは、坑井のウェルヘッドに取り付けられるように構成されたベースと、前記ベースが前記ウェルヘッドに取り付けられたときに、該ベースから鉛直方向上方に向けて延びる１つ以上の線形ガイドレールと、を有し、
前記鉛直方向に移動可能な部材は、前記線形ガイドに摺動可能に取り付けられるとともに、前記線形ガイドレールに沿って実質的に線形に鉛直方向に往復動するために前記ガイドによって拘束され、
前記クランクエレメントは、前記モータの前記回転可能なエレメントと一定の駆動比で回転するために、前記クランクエレメントの第１取り付け点において前記モータの前記回転可能なエレメントに作動可能に連結され、
前記関節連結リンクエレメントは、前記関節連結リンクエレメントに沿って互いから離間された関係で配置された第１の取り付け点および第２の取り付け点を有し、
前記関節連結リンクエレメントの前記第１取り付け点は、前記クランクエレメントの前記第１取り付け点から半径方向外方に偏心して離間された、前記クランクエレメントの第２取り付け点において前記クランクエレメントに枢動可能に連結され、
前記関節連結リンクエレメントの前記第２取り付け点は、前記鉛直方向に移動可能な部材に枢動可能に取り付けられ、
前記モータは、前記１つ以上の線形ガイドレールの一方の側に配置され、
前記鉛直方向に移動可能な部材は、前記１つ以上の線形ガイドレールの反対側に摺動可能に配置され、
前記クランクエレメントおよび前記関節連結リンクエレメントは、それぞれ、所定の長さを有し、
前記フレームの前記ベースの上方の前記クランクエレメントの前記第１取り付け点の鉛直方向の位置は、前記鉛直方向に移動可能な部材が、拘束されて、前記ＣＲＰ装置の作動中に、前記クランクエレメントの任意の角度位置で前記関節連結リンクの前記第１取り付け点の下方に常に吊り下げられるように、協働的に選択され、
前記選択は、前記鉛直方向に移動可能な部材に前記１つ以上の線形ガイドレールに沿った往復運動をさせるように前記モータが制御されているときに、重力によって、前記鉛直方向に移動可能な部材が、前記１つまたはそれ以上の線形ガイドレールと接触した状態で摺動可能に保持されるように行われる
ＣＲＰ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本発明は、地下層すなわち貯留層からの水および／または炭化水素等の流体の汲み上げに関し、更に詳細には、このような汲み上げの用途で使用するための汲み上げ装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］地下層から水および／または油等の流体を汲み上げる（圧送する）ために、一般的な「ホースヘッド」ウォーキングビーム（移動ビーム）型機構が多年に亘って使用されてきた。本願の譲受人に譲渡された現在継続中の「線形ロッドポンプ装置および方法」という表題のベック等の米国特許出願第１１／７６１，４８４号に詳細に論じられているように、従来のウォーキングビーム装置には、多くの欠点があり、無視できないその１つは、それらが大型であることである。更に、ウォーキングビームポンプ装置の性能は、重量のある釣合錘および複雑な駆動機構を含む多くの機械部品と関連した構成の関数である。これらの機械部品は、最大汲み上げ効率が得られるように制御するのが困難であるか、坑井の状態の経時的変化を補償するのが困難である。
【０００３】
［０００３］更に、非常に辺鄙な場所にある、特に送電網へのアクセスがなく、汲み上げ装置、または、電動発電機、バッテリーもしくは汲み上げ装置用の他の従来の独立型電源を定期的に保守するための道路が実際上整備されていない場所にある有望な坑井現場については、従来のウォーキングビーム装置または他の公知の種類の従来の汲み上げ装置および方法を使用することは、これまでは実際的でなく、場合によっては不可能であった。そのため、潜在的に価値があるエネルギ資源が未開発のままとなっていた。
【０００４】
［０００４］上掲のベック等の米国特許出願第１１／７６１，４８４号に開示された線形ロッドポンプ装置および方法は、多くの汲み上げの用途で、他の従来の汲み上げ装置および方法を大幅に越える改善をもたらすが、ベック等の米国特許出願第１１／７６１，４８４号に開示された線形ロッドポンプ装置および方法で使用された連続反転モータ（continually reversing motor）は、幾つかの汲み上げの用途では望ましくない。こうした用途では、モータを連続的に反転することなく作動できる別の種類の装置および方法が望ましいということがわかっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１１／７６１，４８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
［０００５］送電線またはアクセス道路から非常に離れた場所に設置されていることによって無人運転で汲み上げ装置に動力を提供するのに利用できる唯一のエネルギ源が太陽電池であるような炭化水素坑井または他の流体貯留層から流体を汲み上げるためのこのような改良された装置および方法を提供するのが特に望ましい。これに関し、幾つかの用途について、いかなるバックアップバッテリーまたは他の容量的エネルギ貯蔵装置にも頼る必要がなく、太陽電池を唯一の電源とすることが特に望ましい
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［０００６］本発明は、所定のポンプストロークを有するサッカーロッドポンプのロッドに対して実質的に鉛直方向に往復運動させるためのクランク付きロッドポンプ（ＣＲＰ）装置を使用することにより、水および／または炭化水素等の流体を、地下層または貯留層から汲み上げるための改良された装置および方法を提供する。本発明によるＣＲＰ装置は、モータ駆動式クランク付き機械式アクチュエータ装置を含む。クランク付き機械式アクチュエータ装置は、サッカーロッドポンプのロッドを鉛直方向に移動させ且つこの移動を制御するために、サッカーロッドポンプのロッドに取り付けられた実質的に鉛直方向に移動可能な部材を含む。
【０００８】
［０００７］クランク付き機械式アクチュエータ装置は、ベースを有するフレームを含んでいてもよい。ベースは、坑井のウェルヘッドに取り付けられるように構成されている。フレームは、更に、ベースがウェルヘッドに取り付けられた場合にベースから鉛直方向上方に延びる少なくとも二つの線形ガイドレールを含む。鉛直方向に移動可能な部材は、線形ガイドに摺動可能に取り付けられ、ガイドに沿って実質的に線形に鉛直方向に往復動するために、これらのガイドによって拘束される。
【０００９】
［０００８］本発明の幾つかの形態では、クランク付き機械式アクチュエータ装置は、更に、クランクエレメントおよび関節連結リンクエレメントを含んでいてもよい。クランクエレメントの第１取り付け点は、モータの回転可能なエレメントに作動可能に連結されており、モータの回転可能なエレメントとの一定の駆動比で回転する。本発明の幾つかの形態では、機械式アクチュエータ装置は、更に、クランクエレメントが一定の駆動比でモータの回転可能なエレメントと異なる速度で回転するように、クランクエレメントの第１取り付け点においてモータの回転可能なエレメント間に作動可能に連結された駆動装置を含んでいてもよい。クランク付き機械式アクチュエータ装置の関節連結リンクは、関節連結リンクエレメントに沿って互いから離間された関係で配置された第１および第２の取り付け点を備えていてもよい。関節連結リンクエレメントの第１取り付け点は、クランクエレメントの第２取り付け点に枢動可能に結合されていてもよい。クランクエレメントの第２取り付け点は、クランクエレメントの第１取り付け点から半径方向外方に偏心して離間されている。関節連結リンクエレメントの第２取り付け点は、鉛直方向に移動可能な部材に枢動可能に取り付けられていてもよい。
【００１０】
［０００９］本発明の幾つかの形態では、クランクエレメントおよび／または関節連結リンクエレメントの少なくとも一方は、更に、鉛直方向に移動可能な部材のガイドに沿ったストロークを変化させることによって、ポンプストロークを変えるための追加的な取り付け点を備えていてもよい。モータおよび／または駆動装置は、フレームのベースに取り付けられていてもよい。
【００１１】
［００１０］本発明の幾つかの形態では、クランク付きロッド機械式アクチュエータ装置は、更に、フレームと鉛直方向に移動可能な部材との間に作動可能に連結された空気圧式釣合装置を含んでいてもよい。空気圧式釣合装置は、鉛直方向に移動可能な部材の下降ストロークの一部中にエネルギを蓄えるため、および、蓄えられたエネルギを、鉛直方向に移動可能な部材の後続の上昇ストロークの一部中に解放するために、ベースと鉛直方向に移動可能な部材との間に作動可能に連結された少なくとも一つの空気圧シリンダを含んでいてもよい。本発明の幾つかの形態では、鉛直方向に移動可能な部材とベースとの間に少なくとも一つの空気圧シリンダが配置されていてもよく、これにより、物理的にコンパクトな装置を提供し、更に有利には、空気圧シリンダを整合させ、鉛直方向に移動可能な部材とベースとの間で、力を、オフセットした態様でなく直接的に加える。
【００１２】
［００１１］本発明の幾つかの形態では、関節連結リンクエレメントは、そのオフセット部位を備え、それによりＣＲＰ装置の様々な可動部品の相互のアライメントを高めるように構成されていてもよい。
【００１３】
［００１２］本発明によるＣＲＰ装置の幾つかの形態では、モータおよび／またはギヤボックスは、フレームのベースから鉛直方向上方に延びる一つまたはそれ以上の線形ガイドレールの一方の側に配置されており、鉛直方向に移動可能な部材は、一つまたはそれ以上の線形ガイドレールの反対側に摺動可能に配置されている。クランクエレメントおよび関節連結リンクエレメントは、夫々所定の長さを有する。フレームのベースの上方のクランクエレメントの第１取り付け点の鉛直方向位置は、ＣＲＰ装置の作動中に、鉛直方向に移動可能な部材が拘束されて、クランクエレメントの任意の角度位置で関節連結リンクの第１取り付け点の下方に常に吊り下げられるように協働的に選択される。この選択は、一つまたはそれ以上の線形ガイドレールに沿って鉛直方向に移動可能な部材に往復動させるようにモータが制御されるときに、鉛直方向に移動可能な部材が、重力により、一つまたはそれ以上の線形ガイドレールと接触した状態で摺動可能に保持されるように行われる。
【００１４】
［００１３］本発明は、更に、本発明に従ったＣＲＰ装置を構成し、設置し、作動し、交換し、および／または、保守するための方法を提供する。本発明の一つの形態では、坑井に配置された、所定のストロークを有するサッカーロッドポンプのロッドを実質的に鉛直方向に往復動させるために、ウォーキングビーム装置を有する炭化水素坑井であって、このウォーキングビーム装置が作動可能に連結された炭化水素坑井の寿命を延ばすための方法が提供される。これは、ロッドをウォーキングビーム装置から取り外し、当該ロッドを本発明によるＣＲＰ装置に作動可能に連結することによって行われる。
【００１５】
［００１４］ウォーキングビーム装置をＣＲＰ装置と交換するための本発明による方法は、ＣＲＰ装置に交換する前のウォーキングビームポンプよりも低いストローク速度（stroke rate）でＣＲＰ装置を作動させる工程をさらに含む。本発明による方法は、ＣＲＰ装置を坑井のウェルヘッドに直接的に取り付ける工程を含んでいてもよく、これによってＣＲＰ装置用の別体の取り付け構造が必要なくなる。本発明による方法は、更に、ＣＲＰ装置の設置後、坑井に隣接した所定の場所にウォーキングビーム装置を残す工程を含んでいてもよい。
【００１６】
［００１５］本発明によるＣＲＰ装置は、更に、入力が実質的に一定の作動モードでモータを作動させるために、モータ駆動装置およびコントローラを含んでいてもよい。ＣＲＰ装置は、電力貯蔵（蓄電）エレメントを実質的に有さないように構成されていてもよい。幾つかの場合では、モータの回転可能なエレメントの慣性が過度の速度変動を生じさせることなく一定の入力を維持するには不十分である場合には、モータの回転可能なエレメントに追加的な慣性を追加してもよい。
【００１７】
［００１６］本発明によるＣＲＰ装置または方法は、モータを駆動するための電力の幾分かまたは全てを提供するために、太陽エネルギ電源を本発明によるＣＲＰ装置に作動可能に接続する工程を含んでいてもよい。本発明の幾つかの形態では、ＣＲＰ太陽エネルギ電源は、モータを駆動するための唯一の電源であり、その結果、ＣＲＰ装置は、太陽エネルギ電源がモータを駆動するのに十分な電力を発生する場合にのみ汲み上げを行う。本発明は、電力貯蔵エレメントを必要とせずに太陽エネルギ電源だけで実施できるため、本発明による装置および方法は、送電線や保守点検道路へのアクセスがほとんど、または、全くない辺鄙な場所で使用するのに特に望ましいということは当業者には理解されよう。
【００１８】
［００１７］本発明は、更に、本発明によるＣＲＰ装置を流体源に作動可能に取り付けることによって、辺鄙な場所にある流体源から流体を汲み上げるための方法の形態をとってもよい。本方法は、更に、ＣＲＰ装置を、エンジン駆動式発電機、バッテリー、または、太陽電池等の独立型電源に接続する工程を含む。本発明の幾つかの形態では、独立型電源は太陽エネルギ電源である。
【００１９】
［００１８］本発明による方法の幾つかの形態は、更に、辺鄙な場所にある流体源を供給する工程を含んでいてもよい。辺鄙な場所にある流体源が流体坑井である場合には、本発明による方法は、更に、坑井の掘削および／または放棄された現存の坑井の再開等の工程で流体坑井を提供する工程を含む。
【００２０】
［００１９］本発明のその他の態様、目的、および利点は、添付図面、写真、および他の添付物についての以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２１】
［００２０］本明細書に組み込んだ、本明細書の一部を形成する添付図面および添付物は、本発明の幾つかの態様を例示し、以下の説明とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】［００２１］炭化水素坑井のウェルヘッドに取り付けられた本発明によるクランク付きロッドポンプ装置（ＣＲＰ）の第１の例示的な実施例の概略図である。
【図２】［００２２］図１に示す坑井のウェルヘッドに取り付けられており、流体を坑井から汲み上げるためにウォーキングビーム装置の代りに作動可能に連結された、本発明によるＣＲＰ汲み上げ装置の第１の例示的な実施例の概略図である。ＣＲＰ汲み上げ装置およびウォーキングビームポンプ装置は、本発明によるＣＲＰ汲み上げ装置の大きさおよび複雑さが、同様の汲み上げ出力を提供するウォーキングビーム装置と比較して大幅に減少することを示すために、同じ縮尺で描いてある。
【図３】［００２３］本発明によるＣＲＰ装置の第２の例示的な実施例の斜視図である。
【図４】本発明によるＣＲＰ装置の第２の例示的な実施例の斜視図である。
【図５】［００２４］本発明による空気圧式釣合装置の幾つかの変形例の構造の概略図である。
【図６】本発明による空気圧式釣合装置の幾つかの変形例の構造の概略図である。
【図７】本発明による空気圧式釣合装置の幾つかの変形例の構造の概略図である。
【図８】［００２５］本発明による空気圧式釣合装置の幾つかの変形例の追加的な構造的詳細および作動例を示す概略図である。
【図９】本発明による空気圧式釣合装置の幾つかの変形例の追加的な構造的詳細および作動例を示す概略図である。
【図１０】本発明による空気圧式釣合装置の幾つかの変形例の追加的な構造的詳細および作動例を示す概略図である。
【図１１】［００２６］本発明によるクランク付きロッドポンプ装置の第３の例示的な実施例の斜視図である。
【図１２】本発明によるクランク付きロッドポンプ装置の第３の例示的な実施例の斜視図である。
【図１３】本発明によるクランク付きロッドポンプ装置の第３の例示的な実施例の斜視図である。
【図１４】［００２７］本発明によるクランク付きロッドポンプ装置の第４の例示的な実施例の斜視図である。
【図１５】本発明によるクランク付きロッドポンプ装置の第４の例示的な実施例の斜視図である。
【図１６】本発明によるクランク付きロッドポンプ装置の第４の例示的な実施例の斜視図である。
【図１７】［００２８］本発明によるクランク付きロッドポンプ装置の第５の例示的な実施例の斜視図である。
【図１８】［００２９］図１７に示すクランク付きロッドポンプ装置の第５の例示的な実施例の側面図であり、クランク付きロッドポンプのエレメントを、本発明によるクランク付きロッドポンプのクランクサイクル中の図１９とは異なる位置で示す。
【図１９】図１７に示すクランク付きロッドポンプ装置の第５の例示的な実施例の側面図であり、クランク付きロッドポンプのエレメントを、本発明によるクランク付きロッドポンプのクランクサイクル中の図１８とは異なる位置で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［００３０］本発明を、特定の好ましい実施例に関して説明するが、これらの実施例に限定することを意図したものではない。それとは逆に、本発明の趣旨および範囲内に含まれる全ての変形、変更、および均等物を含もうとするものである。
【００２４】
［００３１］図１は、炭化水素坑井のウェルヘッドに取り付けられたクランク付きロッドポンプ（ＣＲＰ）装置１００の一実施例を示す概略図である。図１に示すように、本発明は、太陽電池１０１を含む様々な電源を用いて実施されてもよく、または、従来の送電網１０３に接続することによって実施されてもよい。
【００２５】
［００３２］図２は、従来のウォーキングビームポンプ装置５０と置き換えることの大きな利点を得るために、本発明によるＣＲＰ装置１００を使用する方法を例示する。図２では、クランク付きロッドポンプ装置１００は、炭化水素坑井５６のウェルヘッド５４に取り付けられている。
【００２６】
［００３３］図１に戻ると、坑井は、地下層６２を通って地中に、油層６４に届くのに十分な深さまで下方に延びるケーシング６０を含む。ケーシング６０には一連の小孔６６が設けられており、これらの小孔６６を通って炭化水素層からの流体がケーシング６０に入り、これによって、地面の表面７４の上方の所定の箇所にある流体出口７２で終端する所定長さのチューブ７０の底部に設置された抗井穴ポンプ装置６８の流体源を提供する。ケーシング６０は、地面の表面７４の上方のガス出口７６で終端する。
【００２７】
［００３４］抗井穴ポンプ装置６８は、固定バルブ７８および移動バルブ８０を含む。移動バルブ８０は、チューブ７０を通って上方に延びるとともに、研磨ロッド５２のところでウェルヘッド５４を出るロッドストリング８２に取り付けられている。本発明の例示的な実施例の抗井穴ポンプ装置６８は、研磨ロッド５２がロッドストリング８２を往復運動させ、これによりロッドストリング８２が移動バルブ８０をポンプストローク８４に亘って往復動させるときに、坑井５６の底部から流体を持ち上げるための従来のサッカーロッドポンプ装置を形成するということは当業者には理解されよう。代表的な炭化水素坑井では、ロッドストリング８２の長さは数千フィートにも及び、ポンプストローク８４の長さは数フィートにも及ぶであろう。
【００２８】
［００３５］図１に示すように、本発明による第１の例示的な実施例としてのクランク付きロッドポンプ装置１００は、機械式クランクアクチュエータ装置１０２、モータ１０４、および制御装置１０６を含む。制御装置１０６は、コントローラ１０８およびモータ駆動装置１１０を含む。本発明によるコントローラおよび／またはモータ駆動装置は、様々な形態をとってもよく、本発明の譲受人に譲渡された、ベック等に賦与された「パラメータ推定器を含むロッドポンプ制御システム」という表題の米国特許第７，１６８，９２４号、および、ペターソンによる、現在継続中の「繰り返し負荷用電力変動制御システム」という表題の米国特許出願第１１／３８０，８６１号に開示される装置および方法の幾つかまたは全てを含む。ベックの米国特許第７，１６８，９２４号およびペターソンの米国特許出願第１１／３８０，８６１号の教示および示唆は、参照によって本明細書の開示の一部とされる。
【００２９】
［００３６］本発明の全ての態様において、モータの電圧および電流の計測値からモータの速度およびトルクが計算される。クランク速度およびトルクを計算することにより、ギヤボックスのギヤ比が得られる。クランク速度を既知の基準位置から積分することによって、クランクの位置が決定される。基準位置は、基準スイッチから決定されてもよく、または、クランクの回転に亘るクランクのトルクのパターンを分析することによって決定されてもよい。基準点を推定することにより、上死点および下死点でクランクに作用する荷重がほぼゼロであり、これらの二つの点が１８０°離れていることを活かすことができる。従って、荷重がほぼゼロであるが、同様の点から１８０°離れていない、クランクの回転の点は無視してもよい。ロッドの位置は、クランクの位置およびＣＲＰ装置の形状によって決定される。
【００３０】
［００３７］図３および図４は、図１に示すクランク付きロッドポンプ装置１００等のサッカーロッドポンプのロッド２０４に、矢印２０２で示すように、ポンプストローク２０６の実質的に鉛直方向の往復動をさせるための、第２の例示的な実施例としてのＣＰＲ装置２００を示す。例示的な実施例としてのＣＰＲ装置２００は、機械式クランクアクチュエータ装置２０８を含む。機械式クランクアクチュエータ装置２０８は、サッカーロッドポンプのロッド２０４を鉛直方向に移動させ且つこの移動を制御するために、サッカーロッドポンプのロッド２０４に取り付けられた、実質的に鉛直方向に移動可能な部材２１０を有する。詳細には、例示的な実施例２００において、ロッド２０４は、鉛直方向に移動可能な部材２１０の上部クロスバー２１２の貫通穴（図示せず）を通過し、ロッド２０４を鉛直方向に移動可能な部材２１０の上方にグリップするクランプ２１４によって、鉛直方向に移動可能な部材２１０に固定される。
【００３１】
［００３８］第１の例示的な実施例としてのＣＰＲ装置２００は、更に、モータ２１６を含む。モータ２１６は、回転可能なエレメント（図示せず）を有し、このエレメントは、以下に更に詳細に説明する態様で、線形アクチュエータ装置２０８の実質的に鉛直方向に移動可能な部材２１０に作動可能に連結されている。
【００３２】
［００３９］図３および図４に示すように、本発明の例示的な実施例２００における機械式クランクアクチュエータ装置２０８は、坑井のウェルヘッドに取り付けられるように構成されたベース２２０を有するフレーム２１８と、ベース２２０がウェルヘッドに取り付けられたときに、ベース２２０から鉛直方向上方に延びる二つの線形ガイドレール２２２，２２４と、を含む。鉛直方向に移動可能な部材２１０は、線形ベアリング（図示せず）によって線形ガイド２２２，２２４に摺動可能に取り付けられており、図３および図４に示す態様でガイド２２２，２２４に沿って鉛直方向に実質的に線形に往復動するために、ガイド２２２，２２４によって拘束されている。
【００３３】
［００４０］図３および図４に示すように、例示的な実施例としてのＣＲＰ装置２００の、例示的な実施例としての機械式クランクアクチュエータ装置２０８は、ベース２２０に取り付けられた直角ギヤボックス２２６の形態の駆動装置を含む。モータ２１６の回転可能なエレメントは、ギヤボックス２２６の鉛直方向に向けられた入力部（図示せず）に取り付けられており、ギヤボックス２２６内の歯車列（図示せず）によって、ギヤボックス２２６の水平方向に向けられた出力シャフト２２８の移動に変換される。このようにして、モータ２１６の回転可能なエレメントは、一定の比の駆動装置においてギヤボックスの出力シャフト２２８に作動可能に連結されている。更に、図３および図４からわかるように、ガイド２２２，２２４の上端は、上部フレームクロス部材２３０によって接合されており、フレーム２１８は、更に、ギヤボックス２２６の上方でモータ２１６を鉛直方向に向けられた位置に支持するために、上部フレームクロス部材２３０から下方に延びるモータ取付ブラケット２３２を含む。
【００３４】
［００４１］更に、図３および図４に示すように、第１の例示的な実施例２００の機械式クランクアクチュエータ装置２０８は、クランクエレメント２３４および関節連結リンクエレメント２３６を含む。図３および図４からわかるように、クランクエレメント２３４は、その第１取り付け点においてモータ２１６の回転可能なエレメントに作動可能に連結されている。これは、上文中に説明したように、モータ２１６をギヤボックス２２６に取り付け、クランクエレメント２３４がモータ２１６の回転可能なエレメントに対して一定の駆動比で回転するように、クランクエレメントの第１取り付け点をギヤボックス２２６の出力シャフト２２８に取り付けることによって行われる。
【００３５】
［００４２］関節連結リンクエレメント２３６は、第１および第２の取り付け点を有しており、これらの取り付け点は、関節連結リンクエレメント２３６に沿って互いに離間された関係で配置されている。関節連結リンクエレメント２３４の第１取り付け点は、クランクエレメント２３４の第１取り付け点から半径方向外方に偏心して間隔が隔てられたクランクエレメント２３４の第２取り付け点に枢動可能に連結されている。関節連結リンクエレメントの第２取り付け点は、鉛直方向に移動可能な部材２１０に枢動可能に取り付けられている。
【００３６】
［００４３］上述の構成により、モータ２１６がギヤボックス２２６の出力シャフトを駆動すると、クランクエレメントがギヤボックスの出力シャフトとともに回転するということは当業者には理解されよう。クランクエレメントは、各ストロークの一部分で、ベース２２０のスロットを通過する。これによって、関節連結リンクエレメント２３６が鉛直方向に移動可能な部材２１０をガイド２２２，２２４に沿って上下に駆動させ、ロッド２０４に往復動ポンプストロークを提供する。
【００３７】
［００４４］図４の例からわかるように、例示的な実施例２００のクランクエレメント２３４は、本質的には、クランクエレメント２３４への取り付け点を変えることによってストローク長２０６を変化できるように、関節連結リンクエレメント２３６用の追加的な取り付け点２３５を有するレバーである。更に、例示的な実施例２００で使用するために簡単なレバー状の構成を選択したが、本発明の別の実施例では、クランクエレメント２３４は、三角形、正方形、円形等の他の形状を備えていてもよく、ストローク長を広範に選択できるように追加的な取り付け点を含んでいてもよいということは当業者には理解されよう。更に、本発明の別の実施例では、関節連結リンクエレメント２３６は、ストローク長の調節に使用するための追加的な取り付け点を備えていてもよいということは理解されよう。
【００３８】
［００４５］図３および図４に示すように、例示的な実施例としてのＣＲＰ装置２００の機械式クランク付きロッドアクチュエータ２０８は、適当な態様で作動可能に連結された、以下に更に詳細に説明するような他の構成要素に加えて、更に、フレーム２１８と鉛直方向に移動可能な部材２１０との間に作動可能に連結された四つの空気圧シリンダ２３９を有する空気圧式釣合装置２３８を含む。本明細書の図面および説明を検討することによりわかるように、ＣＲＰ装置２００の例示的な実施例としての空気圧式釣合装置２３８は、鉛直方向に移動可能な部材２１０の下降ストロークの一部中にエネルギを蓄えるために、また、蓄えられたエネルギをこれに続く鉛直方向に移動可能な部材２１０の上昇ストロークの一部中に解放するために、ベース２２０と鉛直方向に移動可能な部材２１０との間に作動可能に連結された幾つかの空気圧シリンダ２３９を含む。空気圧式釣合装置２３８を加えることにより、ＣＲＰ装置２００から得られるリフト力が、空気圧式釣合装置２３８を含まない本発明によるＣＲＰ装置のリフト能力を大幅に越えて増大する。
【００３９】
［００４６］幾つかの場合では、電源における制限、電気的駆動定格または機械的制限に起因して、利用可能な電力が、クランクが完全に下げられた静止位置から一回転するには不十分な場合がある。こうした場合には、モータの回転速度が負荷により所定の閾値を下回るまでクランクが第１方向に回転される。このとき、回転方向が逆転され、第２方向すなわち逆方向のトルクが指令される。この揺動作動の各繰り返し中、ロッドストリング、ポンプおよび流体コラムの持ち上げられた質量にエネルギが蓄えられる。次いで、持ち上げられた質量の下降時に、このエネルギがポンプ機構の運動エネルギ、または、空気圧式釣合システムの圧力上昇に戻される。このようにして、完全に下降した位置を通過するたびに、合成された慣性、釣合いおよび利用可能な動力が、機構を完全に一サイクルに亘って回転するのに十分になるまで、クランクポンプ機構は、速度および慣性を益々増大させ、および／または、釣合錘は、流体コラム、ロッドストリングおよび坑井穴ポンプ機構の重量の益々大部分を支持する。この時点以降、機構は単一の回転方向を継続させる。
【００４０】
［００４７］図５は、図３および図４に示し且つこれらの図に関して上文中に論じたように構成された空気圧式釣合装置２３８の一対の空気圧シリンダ２３９の配置を示す、ＣＲＰ装置２００の一部分の概略図である。詳細には、図３乃至図５に示す構成では、シリンダ２３９のロッド２４０は、上部クロスバー２１２に作動可能に取り付けられており、シリンダ２３９のベースは、フレーム２１８のベース２２０に取り付けられている。しかしながら、本発明による空気圧式釣合装置は、図６および図７に概略的に示す形態等の様々な他の形態をとってもよいということは当業者には理解されよう。図７では、シリンダ２３９は、上部フレームクロスバー２３０に取り付けられており、シリンダ２３９のロッド２４０は下方に延び、上部クロスバー２１２と作動可能に接触している。図７は、上部フレームクロスバー２３０と、移動可能な上部クロスバー２１２と、の間のシリンダ２３９の変形例としての配置を示す。
【００４１】
［００４８］空気圧シリンダ２３９の別の取り付け配置に加えて、本発明の様々な実施例において、任意の所与の用途で使用されるシリンダの数は、図３乃至図７に示すよりも多くしてもよいし、少なくしてもよいと考えられる。更に、シリンダ２３９が発生させる釣合い力が研磨ロッド２０４にできるだけ直接的に作動可能に伝達されるように、一般的には、シリンダ２３９の作動軸線を研磨ロッド２０４とできるだけ近付けて整合させることが有利であると考えられる。
【００４２】
［００４９］図８乃至図１０は、本発明による空気圧シリンダ２３８の幾つかの変形例の概略図である。図８乃至図１０に示す実施例は、本発明による空気圧式釣合装置の構造および作動の一般的原理の例示であるが、これらの原理は限定を意図するものではないということは理解されよう。本発明の予期される範囲内で、空気圧式釣合装置の多くの他の構築方法および作動方法があるということは当業者には理解されよう。更に、図８乃至図１０に示す実施例は、全て、「ブートストラップ(bootstrap)すなわち独力昇圧」 の原理で作動するということに着目されたい。ブートストラップの原理では、上部クロスバー２１２の上昇移動によってシリンダ２３９のロッド２４０に加えられた往復動を入口チェックバルブ２４４の作動と組み合わせることによって、空気をシリンダ２３９に引き込み、シリンダ２３９のピストン２４２の下の容積に捕捉する。ピストン２４２の繰り返し上下サイクル運動により、ピストンの下方のシリンダ２３９に釣り合い圧力を発生させ、この圧力がピストン２４２に上昇力を及ぼし、この上昇力が、ロッド２４０を通して、上部クロスバー２１２の下降移動に抗する上昇釣合い力として伝達される。このようにして発生した釣合い力は、ロッドおよび汲み上げ機構の重量に抗してポンプの下降ストロークに作用し、更に、次に続くストロークでＣＲＰ装置がロッド２０４を上方に引っ張るのを補助するように作用する。
【００４３】
［００５０］図８に示す実施例では、ＣＲＰ装置２００の上昇ストローク時にロッド２４０がピストン２４２を引き上げたときに、入口チェックバルブ２４４が開放し、下部チャンバのシリンダ２３９に空気が流入する。下部チャンバは、ピストン２４２と入口チェックバルブ２４４との間の空間によって形成された所定の容積を有する。ピストン２４２がそのストロークの上死点に達し、その下降ストロークにおける下方への移動を開始するときに、チェックバルブ２４４が閉鎖し、取り込んだ空気をピストン２４２と入口チェックバルブ２４４との間に捕捉する。ピストン２４２が下方への移動を続行するときに、ピストン２４２と入口チェックバルブ２４４との間の空間が小さくなることにより、ピストン２４２と入口チェックバルブ２４４との間に捕捉された空気の圧力が上昇する。この圧力上昇によりエネルギが蓄えられ、次いで、ピストン２４２が上方に移動する際の後続の上昇ストローク時にこのエネルギが解放され、これにより、ＣＲＰ装置の上昇ストローク時にロッド２０４を持ち上げるのを補助する釣合い力が発生する。実際には、図８に示す装置により、上文中に説明した揺動作動が発生し、ポンプストローク２０６の下死点でのピストン２４２とチェックバルブ２４４との間の圧力を最大作動値まで「ブートストラップ」することが可能になる。入口チェックバルブ２４４は、連続的に開放し、ＣＲＰ装置の作動中にピストン２４２を通って漏れる空気を補充する。図８の実施例では、シリンダ２３９は、単動式シリンダまたは複動式シリンダのいずれであってもよい。
【００４４】
［００５１］図９に示す空気圧式釣合装置２３８の例示的な実施例は、図９の実施例では、空気圧式釣合装置２３８が出口チェックバルブ２４６を更に含み、シリンダ２３９が複動式シリンダであるということを除き、図８に示し且つ上文中に説明した実施例と本質的に同じである。図９に示す実施例の作動は、出口チェックバルブ２４６の作動を除き、上文中に説明した図８の実施例の作動と本質的に同じである。図９を検討することにより理解されるように、入口チェックバルブ２４４は、ピストンが上方に移動する際に空気をシリンダ２３９に引き込み、閉鎖し、ピストンの下降ストローク時にピストン２４２と入口チェックバルブ２４４との間に空気を捕捉することができるように構成されているのに対し、出口チェックバルブ２４６は、ピストン２４２が上方に移動する際にピストン２４２と出口チェックバルブ２４６との間の空間から空気を出し、ピストン２４２が下方に移動する際にピストン２４２と出口チェックバルブ２４６との間の空間に空気が逆流しないようにできるように構成されている。この構成により、ピストン２４２がシリンダ２３９内で往復動するときに、ピストン２４２の下方の空間に圧力が発生することに加え、上部クロスバー２１２がピストンロッド２４０に加える作用によってピストン２４２が下方に力を加えられるときに、ピストン２４２の上方の圧力が大気圧以下に減圧される。この構成により、図９の実施例は、図８に示す実施例で発生するよりも大きな圧力差およびそれによる釣合い力をピストン２４２に発生するという利点が得られる。
【００４５】
［００５２］図１０は、本発明による空気圧式釣合装置２３８の更に別の実施例を示す。簡単に述べると、図１０に示す実施例は、図９の実施例に関して上文中に説明したように作動するように構成された入口チェックバルブ２４４および出口チェックバルブ２４６を有するシリンダ２３９と、図８の実施例に関して上文中に説明したのと同様の構成を有し且つ同様に作動する追加的なポンプシリンダ２４８と、の組み合わせである。
【００４６】
［００５３］ポンプシリンダ２４８は、ピストンロッド２５２によって駆動されるピストン２５０を含む。ピストンロッド２５２は、ピストン２４２のピストンロッド２４０と実質的に平行に作動するように、上部クロスバー２１２に作動可能に連結されている。ＣＲＰ装置２００の第１上昇ストローク時に、ピストン２５０および２４２の夫々の下方のシリンダ２４８およびシリンダ２３９の両方に空気を引き込むことができるように、第２入口チェックバルブ２５４が設けられている。後続の上昇ストローク時に、リザーバキャビティ２５６内の圧力がポンプキャビティ２５８内の圧力を越え、それによって、逆止弁２４４が閉状態に維持される。ＣＲＰ装置２００の下降ストローク時に、ピストン２４２および２５０は、ポンプキャビティ２５８およびリザーバキャビティ２５６内の空気を圧縮する。ポンプキャビティ２５８内の空気は、圧縮されると大気圧を越え、それによって、入口チェックバルブ２５４が閉鎖される。ポンプキャビティ２５８内の空気は、その容積が比較的小さいために圧縮され続け、リザーバキャビティ２５６内の空気よりも高い圧力まで圧縮される。これが起こったとき、チェックバルブ２４４が開放し、圧力が比較的高い空気をリザーバキャビティ２５６に入れることが可能になる。ＣＲＰ装置２００が往復動するときに、ピストン２４２および２５０の往復動により、リザーバキャビティ２５６内に大気圧よりも高い圧力が発生する。第１入口チェックバルブ２４４への入口での圧力が、大気圧よりも高い圧力に上昇することにより、図１０に示す実施例のリザーバキャビティ２５６内に、入口チェックバルブ２４４の上流の圧力が大気圧に制限された図８および図９の実施例で達成できるよりも高い釣合い圧力が発生する。更に、ポンプキャビティ２５８内に発生した圧力は、釣合い効果に寄与し、ポンプシリンダ２４８のロッド２５２を通して上部クロスバー２１２に伝達されるということは理解されよう。実際には、図１０に示す構成では、ポンプストローク２０６の下死点でのピストン２４２とチェックバルブ２４４との間の圧力を最大作動値まで「ブートストラップ」することを可能にするために、ＣＲＰ装置２００の数回のストロークまたは上文中に説明した揺動作動を要する。
【００４７】
［００５４］図１０に示すように、作動を改善するために、本発明による空気圧式釣合装置内の適当な位置に空気タンク２６０を設けるのが望ましい。更に、リザーバキャビティ２５６、ポンプキャビティ２５８、および、ピストン２４２と出口チェックバルブ２４６との間のキャビティの作動圧力を、コントローラ２６４を使用して監視し制御するために、何らかの形態の圧力ゲージすなわち圧力センサ２６２を適当な場所に設けることが有利である。コントローラ２６４は、手動式制御または自動式制御を含む任意の適当な形態をとってもよいということは理解されよう。
【００４８】
［００５５］図１１乃至図１３は、本発明による第３の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置の３００を示す。第３の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置３００は、第３の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置３００には空気圧式釣合装置が設けられていないことを除き、上文中に説明した第２の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置２００と実質的に同じである。図１１乃至図１３は、第３の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置３００の上部クロスバー３１２、関節連結リンクエレメント３３６およびクランクエレメント３３４を、ポンプストローク３０６の様々な位置で示す。
【００４９】
［００５６］図１４乃至図１６は、本発明による第４の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置４００を示す。第４の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置４００の構造は、多くの点に関し、上文中に説明した実施例と同様である。第４の例示的な実施例４００と上述の例示的な実施例との間の主な相違点は、モータ４１６および直角ギヤボックス４２０がフレーム４１８の上部フレームクロス部材４３０に取り付けられているということである。第２および第３の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置２００，３００では、モータ２１６およびギヤボックス２２６は、フレーム２１８のベース２２０に取り付けられている。図１４乃至図１６は、ＣＲＰ装置４００の鉛直方向に移動可能な部材４１０、クランクエレメント４３４および関節連結リンクエレメント４３６を、ポンプストローク４０６の幾つかの異なる位置で示す。
【００５０】
［００５７］図１７乃至図１９は、本発明による第５の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置の５００を示す。第５の例示的な実施例としてのＣＲＰ装置５００の構造は、多くの点に関し、上文中に説明した他の実施例と同様である。第５の例示的な実施例５００と上述の例示的な実施例との間の主な相違点は、モータ５１６および直角ギヤボックス５２６がフレーム５１８の鉛直ガイドレール部材５１９の一方の側に取り付けられていることである。鉛直ガイドレール部材５１９は、一つまたはそれ以上の線形ガイドレール５２２，５２４を有する。線形ガイドレール５２２，５２４は、鉛直方向に移動可能な部材５１０を線形ガイドレール５２２，５２４に沿って案内するために、ガイドレール部材５１９におけるモータ５１６およびギヤボックス５２６とは反対側に設けられている。鉛直方向に移動可能な部材５１０は、クランクエレメント５３４および関節連結リンクエレメント５３６ならびに直角ギヤボックス５２６によって、モータ出力シャフト（図示せず）の形態の、モータ５１６の回転可能なエレメントに作動可能に連結されている。この構成により、モータ５１６の回転可能なエレメントと鉛直方向に移動可能な部材５１０とは、互いに一定の関係で作動可能に連結される。
【００５１】
［００５８］図１８および図１９は、夫々、ＣＲＰ装置５００のポンプストローク５０６の下端および上端での鉛直方向に移動可能な部材５１０を示す。ＣＲＰ装置のクランクエレメント５３４および関節連結リンクエレメント５３６の夫々の長さ、および、フレーム５１８のベース５２０の上方の直角ギヤボックス５２６の鉛直方向位置は、ＣＲＰ装置５００の作動中に、クランクエレメント５３４の任意の角度位置で、鉛直方向に移動可能な部材５１０が常に関節連結リンク５３６の上端の下方に吊り下げられるように協働するように選択される。鉛直方向に移動可能な部材５１０がクランクエレメント５３４の任意の角度位置で常に関節連結リンク５３６の上端の下方に吊り下げられる結果、ギヤボックス５２６および鉛直方向に移動可能な部材５１０が鉛直ガイドレール部材５１９の両側に位置決めされることと相まって、モータ５１６が制御されて、鉛直方向に移動可能な部材５１０を線形ガイドレール５２２，５２４に沿って往復動させるときに、重力により、鉛直方向に移動可能な部材５１０が鉛直ガイドレール部材５１９の線形ガイドレール５２２，５２４と接触した状態で摺動可能に保持される。
【００５２】
［００５９］図１７で最もよくわかるように、ポンプロッド５０４は、ＣＲＰ装置の例示的な実施例では、鉛直方向に移動可能な部材５１０を通って摺動可能に延びており、本発明の他の実施例に関して上文中に説明したのと同様に、鉛直方向に移動可能な部材５１０の上方に配置されたクランプ５１４によって、鉛直方向に移動可能な部材５１０に固定されている。更に、図１７に示すように、ＣＲＰ装置５００の鉛直方向に移動可能な部材５１０は、鉛直方向に移動可能な部材５１０と線形ガイドレール５２２，５２４との摩擦接触を低減するためのベアリング装置、すなわちローラーベアリング装置５１１を含む。
【００５３】
［００６０］更に、本発明による空気圧式釣合装置は、本発明の第５の例示的な実施例と同様の、本発明の他の実施例のＣＲＰ装置で使用してもよいということは理解されよう。
【００５４】
［００６１］本明細書中で引用した刊行物、特許出願および特許を含む全ての文献の内容は、各文献が個々に具体的に参照によって本明細書に組み入れられ、その全ての内容が本明細書柱中に説明されているかのように、参照によって本明細書の開示の一部とされる。
【００５５】
［００６２］本発明の説明と関連して（特に以下の特許請求の範囲と関連して）用いられる「a」「an」、「the」および類似の指示語の使用は、本明細書中で特に明示したり明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数および複数の両方を包含するものと解釈されるべきである。「備える（comprising）」、「有する（having）」、「備える、含む（including）」、および「包含する（containing）」といった用語は、特段の記載のない限り、無制限の用語(open-ended terms)（すなわち、「含むがこれに限定されない」ということを意味する）である。本明細書中で言及した値の範囲は、本明細書中に特段の記載のない限り、単に当該範囲内の別々の値の各々に言及する簡単な方法として役立つに過ぎず、これらの別々の値の各々は、本明細書中に個々に言及したのと同様に本明細書中に組み込まれる。本明細書中に説明した全ての方法は、本明細書中に特段の記載のない限り、または、本明細書中の記載と明らかに矛盾しない限り、任意の適当な順序で実施できる。本明細書に記載したあらゆる例、または例示的な表現（例えば「など」）は、特段の記載のない限り、単に本発明を良好に理解することを意図したものであって、本発明の範囲を限定しない。本明細書中のいかなる用語も、特許請求の範囲に記載されていないエレメントを、本発明を実施する上で必須なものとして表示すると解釈されない。
【００５６】
［００６３］本発明者が、本発明を実施する上で最良の態様と考える態様を含んで本発明の好ましい実施例を本明細書に説明した。これらの好ましい実施例の変形例は、前述の記載を読むことによって、当業者に明らかになるであろう。本発明者は、当業者がこのような態様を適宜使用するものと考えており、本発明者は、本明細書中に詳細に説明した以外の態様で本発明が実施されることを意図している。従って、本発明は、適用される法律が許容する、本明細書に添付した特許請求の範囲に記載された要旨の全ての変更および均等物を含む。更に、本発明には、特段の記載のない限り、または、本明細書中の記載と明らかに矛盾しない限り、本発明の全ての可能な態様の上述のエレメントの任意の組み合わせが含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
５０…ウォーキングビームポンプ装置
５２…研磨ロッド
５４…ウェルヘッド
５６…炭化水素坑井
６０…ケーシング
６２…地下層
６４…油層
６６…小孔
６８…抗井穴ポンプ装置
７０…チューブ
７２…流体出口
７４…表面
７６…ガス出口
７８…固定バルブ
８０…移動バルブ
８２…ロッドストリング
８４…ポンプストローク
１００…ロッドポンプ装置
１０１…太陽電池
１０２…機械式クランクアクチュエータ装置
１０３…送電網
１０４…モータ
１０６…制御装置
１０８…コントローラ
１１０…モータ駆動装置
２０４…研磨ロッド
２０６…ポンプストローク
２０８…ロッドアクチュエータ
２０８…機械式クランクアクチュエータ装置
２１０…鉛直方向に移動可能な部材
２１２…上部クロスバー
２１４…クランプ
２１６…モータ
２１８…フレーム
２２０…ベース
２２２…線形ガイドレール
２２６…ギヤボックス
２２６…直角ギヤボックス
２２８…出力シャフト
２３０…上部フレームクロスバー
２３２…モータ取付ブラケット
２３４…クランクエレメント
２３５…取り付け点
２３６…関節連結リンクエレメント
２３８…空気圧式釣合装置
２３９…空気圧シリンダ
２４０…ピストンロッド
２４２…ピストン
２４４…入口チェックバルブ
２４４…入口チェックバルブ
２４８…ポンプシリンダ
２５０…ピストン
２５２…ピストンロッド
２５４…入口チェックバルブ
２５６…リザーバキャビティ
２５８…ポンプキャビティ
２６０…空気タンク
２６２…圧力センサ
２６４…コントローラ
３０６…ポンプストローク
３１２…上部クロスバー
３３４…クランクエレメント
３３６…関節連結リンクエレメント
４０６…ポンプストローク
４１０…鉛直方向に移動可能な部材
４１６…モータ
４１８…フレーム
４２０…直角ギヤボックス
４３０…上部フレームクロス部材
４３４…クランクエレメント
４３６…関節連結リンクエレメント
５０４…ポンプロッド
５０６…ポンプストローク
５１０…鉛直方向に移動可能な部材
５１１…ローラーベアリング装置
５１４…クランプ
５１６…モータ
５１８…フレーム
５１９…ガイドレール部材
５２０…ベース
５２２…線形ガイドレール
５２６…直角ギヤボックス
５３４…クランクエレメント
５３６…関節連結リンクエレメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【外国語明細書】
2015078677000001.pdf