(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑井ポンプであって：
第１の端部と第２の端部とを備えるポンプハウジングと；
前記ポンプハウジング内に位置決めされたポンプ段であって、固定されたディフューザと、前記ディフューザ内に位置決めされた回転するインペラと、を備えるポンプ段とを備え；
前記インペラは、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成され、前記ディフューザは、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すために前記回転するインペラから受け取った前記運動エネルギーを揚程に変換するように構成され；
前記坑井ポンプは、更に、前記ポンプハウジングの前記第１の端部に取り付けられたポンプヘッド部と；
前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間に取り付けられた圧縮管であって、前記ディフューザが前記インペラとともに回転するのを阻止するために前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間の接触力を増大させるように構成された圧縮管と；
前記ディフューザの外径の周りに位置決めされたリング形状の記憶材とを備え；
前記記憶材は、前記坑井ポンプの坑井作動温度に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張して、前記坑井作動温度での前記坑井ポンプの作動時に前記ポンプハウジングの内面との間で締り嵌めを形成するように構成されており、リング形状の前記記憶材は、前記ディフューザの半径方向の厚さが最大となる前記ポンプハウジングの縦軸に沿う位置に位置決めされている；
坑井ポンプ。
【請求項２】
前記ポンプハウジングの前記第２の端部に取り付けられたポンプ基部を更に備える、
請求項１に記載の坑井ポンプ。
【請求項３】
前記ディフューザは、前記ポンプハウジングの前記第１の端部と前記インペラとの間に位置決めされた第１のディフューザであり；
前記ポンプハウジングの前記第２の端部と前記インペラとの間に位置決めされた第２のディフューザと；
前記ポンプ基部と前記第２のディフューザとの間に取り付けられた下側ディフューザスペーサと；を更に備える、
請求項２に記載の坑井ポンプ。
【請求項４】
前記リング形状の記憶材は、前記ディフューザの外面と接触する記憶材内面と、前記ポンプハウジングの前記内面から距離を隔てた記憶材外面とを有し、前記坑井作動温度での前記坑井ポンプの前記作動時に、前記リング形状の記憶材は、前記一時的な状態から前記永続的な状態へと少なくとも前記ポンプハウジングの前記内面まで膨張するように構成されている、
請求項１に記載の坑井ポンプ。
【請求項５】
坑井ポンプ組立温度が前記坑井作動温度より低く、前記リング形状の記憶材は、前記坑井ポンプ組立温度で前記一時的な状態にあり、前記坑井作動温度で前記永続的な状態に戻るように構成されている、
請求項１に記載の坑井ポンプ。
【請求項６】
前記リング形状の記憶材は、前記坑井ポンプの温度が前記坑井作動温度と前記坑井ポンプ組立温度との間を複数回にわたって変化しても劣化することなく前記一時的な状態と前記永続的な状態との間で前記複数回にわたって可逆的に移行するように構成されている、
請求項５に記載の坑井ポンプ。
【請求項７】
前記一時的な状態では、前記ポンプハウジングの半径に沿う前記リング形状の記憶材の幅は、前記ポンプハウジングの前記内面と前記ディフューザの外面との間の隙間の厚さよりも小さく、前記永続的な状態では、前記ポンプハウジングの前記半径に沿う前記リング形状の記憶材の前記幅は、前記隙間の厚さに等しい、
請求項１に記載の坑井ポンプ。
【請求項８】
前記インペラは第１のインペラであり、前記ディフューザは第１のディフューザであり、前記リング形状の記憶材はリング形状の第１の記憶材であり、前記第１のインペラと前記第１のディフューザとが第１のポンプ段を形成し、前記坑井ポンプは、前記第１のポンプ段と直列に接続された第２のポンプ段を更に備え、前記第２のポンプ段は：
前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成された回転する第２のインペラと；
前記ポンプハウジング内に位置決めされた固定された第２のディフューザであって、前記第２のインペラの上方に位置決めされ、前記第２のインペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして、応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する、固定された第２のディフューザと；
前記第２のディフューザの周りに位置決めされているリング形状の第２の記憶材であって、前記坑井ポンプの坑井作動温度に応じて一時的な形状から永続的な形状へ可逆的に膨張して、前記坑井作動温度での前記坑井ポンプの作動の間に前記ポンプハウジングの前記内面との間で締り嵌めを形成するように構成されているリング形状の第２の記憶材と；を備える、
請求項１に記載の坑井ポンプ。
【請求項９】
前記ポンプハウジングの縦軸に沿う前記リング形状の第１の記憶材の軸方向の高さは、前記ポンプハウジングの前記縦軸に沿う前記リング形状の第２の記憶材の軸方向の高さと同じである又は異なる、
請求項８に記載の坑井ポンプ。
【請求項１０】
前記記憶材は、前記ディフューザの回転を阻止するのに十分な強度を有する締り嵌めを形成するように構成されている、
請求項１に記載の坑井ポンプ。
【請求項１１】
前記リング形状の記憶材は前記ポンプハウジングの縦軸に沿う軸方向高さを有し、前記軸方向高さは前記ディフューザの壁厚に基づく、
請求項１に記載の坑井ポンプ。
【請求項１２】
坑井ポンプの坑井ポンプ段を組み立てるステップを備え、
前記坑井ポンプ段は、
前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成された回転するインペラと、
ポンプハウジング内に位置決めされ、前記インペラの上方に位置決めされて、前記インペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する、固定されたディフューザとを備え；
更に、ポンプヘッド部を前記ポンプハウジングの上向穴端部に取り付けるステップと；
前記ポンプハウジングの内面と前記ディフューザの外面とは隙間によって分離されており、前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間の圧縮管であって前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間の接触力を増大させるように構成された圧縮管を取り付けるステップと；
記憶材を、前記ディフューザの外径以上の内径を有し且つ前記ポンプハウジングの内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成するステップと；
前記リング形状の記憶材を、前記ディフューザの半径方向の厚さが最大となる前記ポンプハウジングの縦軸に沿う位置で、前記ディフューザの前記外径の周りに配置するステップと；を備える、
方法。
【請求項１３】
前記記憶材を前記リング形状に形成するステップは、前記記憶材の前記外径が前記ポンプハウジングの前記内径以上である永続的な状態から、前記記憶材の前記外径が前記ポンプハウジングの前記内径よりも小さい一時的な状態まで、前記リング形状の記憶材を変形させるステップを備え、前記記憶材は、前記一時的な状態よりも前記永続的な状態の方が硬い、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記記憶材は、ダウンホールへ設置する前の組立て時には前記一時的な状態にあり、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールに位置決めされていて作動していない時の坑井ポンプ温度では前記永続的な状態にあり、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールに位置決めされていて作動している時の坑井作動温度では前記永続的な状態にある、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記記憶材を前記リング形状に形成するステップは、前記坑井ポンプの温度が坑井作動温度と坑井ポンプ組立温度との間を複数回変化しても劣化することなく前記一時的な状態と前記永続的な状態との間を可逆的に複数回移行するように前記記憶材を形成するステップを備える、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記坑井ポンプ段は第１の坑井ポンプ段であり、前記インペラは第１のインペラであり、前記ディフューザは第１のディフューザであり、前記記憶材は第１の記憶材であり、
前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを供給するために回転するように構成された回転する第２のインペラと、
前記ポンプハウジング内に位置決めされた固定された第２のディフューザであって、前記第２のインペラの上方に位置決めされ、前記第２のインペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換するように構成された固定された第２のディフューザと、を備える第２の坑井ポンプ段を、前記坑井ポンプにおいて組み立てるステップと；
第２の記憶材を、前記第２のディフューザの外径に等しい内径を有し且つ前記ポンプハウジングの内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成するステップと；
前記リング形状の第２の記憶材を前記第２のディフューザの前記外径の周りに位置決めするステップと；
前記第１の坑井ポンプ段を前記第２の坑井ポンプ段と直列に取り付けるステップと；を更に備える、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
坑井ポンプであって：
第１の端部と第２の端部とを備えるポンプハウジングと；
前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成された回転するインペラと；
前記ポンプハウジングの前記第１の端部と前記インペラとの間の前記ポンプハウジング内に位置決めされ、前記インペラの上方に位置決めされて、前記インペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして、応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換するように構成された固定された第１のディフューザと；
前記ポンプハウジングの前記第１の端部に取り付けられたポンプヘッド部と；
前記ポンプハウジングの前記第２の端部に取り付けられたポンプ基部と；
前記ポンプハウジングの前記第２の端部と前記インペラとの間に位置決めされた第２のディフューザと；
前記ポンプヘッド部と前記第１のディフューザとの間に取り付けられた圧縮管であって、前記第１のディフューザが前記インペラとともに回転するのを阻止するために前記ポンプヘッド部と前記第１のディフューザとの間の接触力を増大させるように構成された圧縮管と；
前記ポンプ基部と前記第２のディフューザとの間に取り付けられた下部ディフューザスペーサと；
前記第１のディフューザの外径の周りに位置決めされたリング形状の第１の記憶材であって、前記坑井ポンプの坑井作動温度に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張するように構成され、前記永続的な状態よりも前記一時的な状態の方が剛性が低く、前記第１のディフューザの半径方向の厚さが最大となる前記ポンプハウジングの縦軸に沿う位置に位置決めされている、リング形状の第１の記憶材と；
前記第２のディフューザの外径の周りに位置決めされたリング形状の第２の記憶材であって、前記坑井ポンプの坑井作動温度に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張するように構成され、前記永続的な状態よりも前記一時的な状態の方が剛性が低く、前記第２のディフューザの半径方向の厚さが最大となる前記ポンプハウジングの縦軸に沿う位置に位置決めされている、リング形状の第２の記憶材と；を備える、
坑井ポンプ。
【請求項１８】
前記永続的な状態において、前記第１の記憶材は、前記第１のディフューザと前記ポンプハウジングとの間に、前記第１のディフューザの回転を阻止する強度を有する締り嵌めを形成するように構成されており、前記第２の記憶材は、前記第２のディフューザと前記ポンプハウジングとの間に、前記第２のディフューザの回転を阻止する強度を有する締り嵌めを形成するように構成されている、
請求項１７に記載の坑井ポンプ。
【請求項１９】
前記第１の記憶材及び前記第２の記憶材は、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールで作動する坑井作動温度に応じて前記一時的な状態から前記永続的な状態まで膨張するように構成されている、
請求項１７に記載の坑井ポンプ。
【請求項２０】
前記第１の記憶材及び前記第２の記憶材は、前記坑井作動温度の変化に応じて前記永続的な状態から前記一時的な状態まで収縮するように構成されている、
請求項１７に記載の坑井ポンプ。
【請求項２１】
前記第１の記憶材及び前記第２の記憶材は、坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度より低いときに前記一時的な状態にとどまり、前記坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度以上であるときに前記永続的な状態まで膨張するように構成されている、
請求項１７に記載の坑井ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１６年１２月１５日に出願された米国特許出願第６２／４３４，７５６号及び２０１７年６月１９日に出願された米国特許出願第１５／６２６，４５５号に基づく優先権を主張し、当該米国特許出願のすべての記載内容を援用する。
【０００２】
本開示は坑井ツールに関し、例えば電動水中（液中）ポンプ等のポンプに関する。
【背景技術】
【０００３】
炭化水素貯留層を産出する場合、産出のために貯留層まで坑井が掘削される。この炭化水素坑井が完成すると、時には、産出を増やすためにツール（道具）の使用が必要になる。このツールは、坑井の内部又は外部に配置される。産出を増やすそのような方法の１つは、坑井内に電動水中ポンプ（ＥＳＰ）を配置することである。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、スマート材料（高機能材料（素材））を含む坑井ツールに関する。
【０００５】
ここで開示された主題のある態様を、坑井内で利用される電動水中ポンプとして実施することができる。坑井ポンプは、ポンプハウジングと、ポンプハウジング内に位置決めされたポンプ段とを含み、このポンプ段は、固定されたディフューザと、前記ディフューザ内に位置決めされた回転するインペラとを含み、前記インペラは、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転し、前記ディフューザは、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すために前記回転するインペラから受け取った前記運動エネルギーを揚程に変換し、前記坑井ポンプは、更に、前記ポンプハウジングの前記第１の端部に取り付けられたポンプヘッド部と、前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間に取り付けられた圧縮管であって、前記ディフューザが前記インペラとともに回転するのを阻止するために接触力を増大させる圧縮管と、前記ディフューザの周りに位置決めされたリング形状の記憶材（形状記憶材）とを含み、前記記憶材は、坑井作動条件に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張することができ、前記坑井作動条件下での前記坑井ポンプの作動時に前記ポンプハウジングの内面との間で締り嵌めを形成する。
【０００６】
坑井ポンプは、前記ポンプハウジングの前記第２の端部に取り付けられたポンプ基部を更に含むことができる。坑井ポンプは、前記ポンプ基部と前記ディフューザとの間に取り付けられた下側ディフューザスペーサを更に含むことができる。前記リング形状の記憶材は、前記ディフューザの外面と接触する記憶材内面と、前記ポンプハウジングの前記内面から距離を隔てた記憶材外面とを有する。前記坑井作動条件下での前記坑井ポンプの前記作動時に、前記リング形状の記憶材は、前記一時的な状態から前記永続的な状態へと少なくとも前記ポンプハウジングの前記内面まで膨張する。前述のいずれか１つのポンプは、前記坑井作動条件は坑井作動温度を含み、坑井ポンプが作動していないときの坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度より低く、前記リング形状の記憶材は、前記坑井ポンプ温度で前記一時的な状態にあり、前記坑井作動温度で元の状態に戻るように構成されている。前記一時的な状態では、前記ポンプハウジングの半径に沿う（半径方向の）前記リング形状の記憶材の幅は、前記ポンプハウジングの前記内面と前記ディフューザの外面との間の隙間の厚さよりも小さい。永続的な状態では、前記ポンプハウジングの前記半径に沿う前記リング形状の記憶材の前記幅は、前記隙間の厚さに等しい。前記リング形状の記憶材は、前記坑井ポンプが前記坑井作動温度と前記坑井ポンプ組立温度との間を複数回にわたって変化しても、温度として劣化することなく、前記一時的な状態と前記永続的な状態との間で前記複数回にわたって可逆的に移行することができる。
【０００７】
前記インペラは第１のインペラであり、前記ディフューザは第１のディフューザであり、前記リング形状の記憶材はリング形状の第１の記憶材であり、前記第１のインペラと前記第１のディフューザとが第１のポンプ段を形成する。前記坑井ポンプは、また、前記第１のポンプ段と直列に接続された第２のポンプ段を含むことができる。前記第２のポンプ段は、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転する第２のインペラと、前記ポンプハウジング内に位置決めされた固定された第２のディフューザであって、前記第２のインペラの上向穴に位置決めされ、前記第２のインペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして、応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する、固定された第２のディフューザと、前記第２のディフューザの周りに位置決めされているリング形状の第２の記憶材とを含んでいる。前記記憶材は、前記坑井ポンプの坑井作動条件に応じて一時的な形状から永続的な形状へ可逆的に膨張して、下向穴の坑井ポンプ作動前又は前記坑井作動条件下での前記坑井ポンプの作動の間に前記ポンプハウジングの前記内面との間で締り嵌めを形成することができる。前記ポンプハウジングの縦軸に沿う前記リング形状の第１の記憶材の軸方向の高さは、前記ポンプハウジングの前記縦軸に沿う前記リング形状の第２の記憶材の軸方向の高さと同じである又は異なる。前記記憶材は、前記ディフューザの回転を阻止するのに十分な強度を有する締り嵌めを形成する。前記リング形状の記憶材が位置決めされている箇所における前記ディフューザの半径方向の厚さは、前記ポンプハウジングの縦軸に沿う他の位置における前記ディフューザの半径方向の厚さよりも大きい。前記リング形状の記憶材は前記ポンプハウジングの縦軸に沿う軸方向高さを有し、前記軸方向高さは前記ディフューザの壁厚に基づく。
【０００８】
ここで開示された主題のある態様を、方法として実施することができる。坑井ポンプの坑井ポンプ段を組み立てる。前記坑井ポンプ段は、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するように構成された回転するインペラと、ポンプハウジング内に位置決めされ、前記インペラの上向穴に位置決めされて、前記インペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する、固定されたディフューザとを含む。ポンプヘッド部を前記ポンプハウジングの上向穴端部に取り付ける。前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間に圧縮管を取り付ける。前記圧縮管は前記ディフューザ間の接触力を増大させる。前記ポンプハウジングの内面と前記ディフューザの外面とは隙間によって分離されている。記憶材を、前記ディフューザの外径以上の内径を有し且つ前記ポンプハウジングの内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成する。前記リング形状の記憶材を前記ディフューザの前記外径の周りに配置する。前記記憶材を前記リング形状に形成することは、前記記憶材の前記外径が前記ポンプハウジングの前記内径以上である永続的な状態から、前記記憶材の前記外径が前記ポンプハウジングの前記内径よりも小さい一時的な状態まで、前記リング形状の記憶材を変形させることを含む。前記記憶材は、前記一時的な状態よりも前記永続的な状態の方が硬い。前記記憶材は、ダウンホールへ設置する前の組立て時には前記一時的な形状にあり、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールに位置決めされていて作動していない時の坑井ポンプ温度では前記永続的な状態にある。前記記憶材は、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールに位置決めされていて作動している時の坑井作動温度では前記永続的な状態にある。前記記憶材を前記リング形状に形成することは、前記坑井ポンプの温度が坑井作動温度と坑井ポンプ組立温度との間を複数回変化しても劣化することなく前記一時的な状態と前記永続的な状態との間を可逆的に複数回移行するように前記記憶材を形成することを含む。前記リング形状の記憶材は、ある位置に位置決めされている。前記リング形状の記憶材が位置決めされた位置における前記ディフューザの半径方向の厚さは、前記ポンプハウジングの縦軸に沿う他の箇所における前記ディフューザの半径方向の厚さよりも大きい。
【０００９】
前記坑井ポンプ段は第１の坑井ポンプ段であり、前記インペラは第１のインペラであり、前記ディフューザは第１のディフューザであり、前記記憶材は第１の記憶材である。前記坑井ポンプの第２の坑井ポンプ段を組み立てる。前記第２の坑井ポンプ段は、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを供給するために回転するた回転する第２のインペラと、前記ポンプハウジング内に位置決めされ、前記第２のインペラの上向穴に位置決めされた固定された第２のディフューザとを含む。第２のディフューザは、前記第２のインペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する。第２の記憶材を、前記ディフューザの外形に等しい内径を有し且つ前記ポンプハウジングの内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成する。前記リング形状の第２の記憶材を前記第２のディフューザの前記外径の周りに位置決めする。前記第１の坑井ポンプ段を前記第２の坑井ポンプ段と直列に取り付ける。
【００１０】
ここで開示された主題のある態様を、ダウンホールポンプとして実施することができる。ダウンホールポンプは、ポンプハウジングと、前記坑井ポンプを通して流体を流すための運動エネルギーを提供するために回転するインペラと、前記インペラの上向穴で前記ポンプハウジング内に位置決めされ、前記インペラからの前記運動エネルギーを受け取り、そして、応答して前記運動エネルギーを、前記坑井ポンプを通して前記流体を流すための揚程に変換する固定されたディフューザと、前記ポンプハウジングの前記第１の端部に取り付けられたポンプヘッド部と、前記ポンプハウジングの前記第２の端部に取り付けられたポンプ基部と、前記ポンプヘッド部と前記ディフューザとの間に取り付けられ、前記ディフューザが前記インペラとともに回転するのを阻止するために前記ディフューザとの間の接触力を増大させる圧縮管と、前記ポンプ基部と前記ディフューザとの間に取り付けられた下部ディフューザスペーサと、前記ディフューザの周りに位置決めされたリング形状の記憶材とを含むことができる。前記記憶材は、前記坑井ポンプの坑井作動条件に応じて一時的な状態から永続的な状態へ可逆的に膨張することができる。前記記憶材は、前記永続的な状態よりも前記一時的状態の方が剛性が低い。
【００１１】
前記永続的な状態において、前記記憶材は、前記ディフューザと前記ポンプハウジングとの間に締り嵌めを形成する。前記締り嵌めは、前記ディフューザの回転を阻止する強度を有する。前記記憶材は、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールで作動する坑井作動条件に応じて前記一時的な状態から前記永続的な状態まで膨張することができる。前記記憶材は、前記坑井作動条件の変化に応じて前記永続的な状態から前記一時的な状態まで収縮する。前記坑井作動条件は、前記坑井ポンプが前記坑井内のダウンホールで作動する坑井作動温度を含むことができる。前記記憶材は、坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度より低いときに前記一時的な状態にとどまり、前記坑井ポンプ温度が前記坑井作動温度以上であるときに前記元の状態まで膨張する。
【００１２】
本発明の１つ以上の実装の詳細を、添付図面及び以下の説明において述べる。本発明の他の特徴、目的及び利点は、明細書及び図面並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】坑井に設置されていて一時的な形状にある回転阻止リングを有する電動水中ポンプの一部の模式図である。
【００１４】
【図１Ｂ】坑井に設置されていて永続的な形状にある回転阻止リングを有する電動水中ポンプの一部の模式図である。
【００１５】
【図１Ｃ】坑井に設置されていて２つの段を有する電動水中ポンプの一部の模式図である。
【００１６】
【図２】形状記憶ポリマ回転阻止バンドの模式図である。
【００１７】
【図３】ダウンホールにある設備の部品における形状記憶ポリマを利用するための例示の方法のフローチャートである。
【００１８】
種々の図面における同様の参照符号は、同様の構成要素を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
電動水中（液中）ポンプ（ＥＳＰ）システムは、遠心ポンプと、保護装置と、モータと、監視サブシステムとから構成されている。ポンプは坑井流体を地表まで揚げるのに用いられる。モータはポンプを駆動するためのエネルギーを供給する。保護装置は、ポンプからのスラスト荷重を吸収し、モータからポンプへ動力を伝達し、モータへの坑井流体の侵入を阻止する。監視サブシステムは、いくつか例を挙げるなら、ポンプの吸込圧力及び吐出圧力、ポンプの吸込温度、モータの内部温度、並びに振動等の、坑井流体の特性に関する情報を提供する。ポンプは複数段（ステージ）で構成され、各段はインペラとディフューザとから構成されている。インペラは回転しつつ流体にエネルギーを与えてこれを流動させ、ディフューザは固定されていてインペラからの流体の運動エネルギーを揚程に変換する。典型的には、複数のポンプ段が直列に重ねられて多段システムを形成する。すべての段がポンプハウジングに収容されており、その両端にポンプヘッド部とポンプ基部とが被せられている。個々の段で生成された揚程の合計は累積する。つまり、多段システムによって得られる総揚程は、最初の段から最後の段まで線形的に増加する。ＥＳＰは生産坑井内で作動する。
【００２０】
ＥＳＰのポンプ組立て時になされるステップの１つは、ディフューザの圧縮である。このステップは、重ねられたディフューザ又は段が、相互に接触した状態を保つことを確保して、作動中の回動を阻止するためになされる。この工程では、まず、圧縮管を、必要とされる総ディフューザ圧縮に基づく大きさに裁断して、ポンプヘッド部と、最上段の最終ディフューザとの間に挟持することにより、望ましい圧縮力を得る。ポンプ作動中、インペラは流体にトルクを伝達し、そのトルクはディフューザの壁へ伝達される。しかし、時には、組立て時の不適切な圧縮又は特定の流れ条件で生成された想定を超える揚程に起因して、ディフューザからの圧力に基づく力がディフューザ圧縮力に勝ることがある。圧縮力がすべて失われると、ディフューザはインペラと同じ方向に回転してしまい、スピニングディフューザとして知られる現象を生ずることになる。その結果、産出流体は、ハウジングの内径とディフューザの外径との間の環状空間に逃げ出し、この逃げ出した高圧流体によりディフューザ壁には不必要な応力がかかり、これが、ポンプの故障につながるディフューザ壁の潰れを招く可能性がある。その上、スピンしているディフューザにより形成される揚程は不十分である。ディフューザは他のディフューザとの接触面に擦れたり、ディフューザの外径がハウジングの内壁に擦れたりする可能性がある。その結果、ディフューザとハウジングの両方に材料損が発生し、それにより、摩擦による過度な熱が生じてポンプの早期故障につながる。
【００２１】
従来のポンプ組立ては、ディフューザのスピンを阻止するために、ディフューザ間に十分な摩擦接触力を確保する高い圧縮力に頼っていた。これは、ポンプ条件が、作動中にかなり大きく変動することからして、スピニングディフューザ効果にとって有利に働いてしまう。そのため補足的なディフューザスピニング阻止技術が実施されてきた。すなわち、ばね部材であってもよい副圧縮装置を主圧縮装置と併せて取り付ける。この組み合わせにより、主圧縮装置がその圧縮能力を喪失した場合に、ばね部材が主圧縮装置となってディフューザを互いに接触したままになるようにする。このような構成における予想される短所は、多数回にわたる作動後のばねの弛緩によるものである。これが起こると、バネ部材の機能は失われ、スピニングディフューザ効果を引き起こす。
【００２２】
別の回り止め技術では、各ディフューザが、軸方向に延びる突起を有し、これらの突起は、ディフューザ周りに沿って形成され軸方向に位置決めされた対応凹部と入れ子になって、ディフューザ間の相対運動を阻止する。さらに、各突起と凹部との合わせ面内で、封止（シール）を形成するように各ディフューザの外側にＯリングが装着される。重なり（スタック）の上端において、ハウジング内の凹部に保持リングが取り付けられて、ディフューザをハウジングへ機械的に固定し、その回転を阻止する。この技術の１つの短所は、ディフューザに突起及び凹部を形成するための機械加工が増えることであり、その結果、製造時間は長くなり、製品コスト又は設備コストが高くなる。
【００２３】
別の回り止め技術は、圧縮管と最上部のディフューザとの間に配置されたプラスチック又は硬質ゴムであり得る、可変圧縮器又は可変圧縮リングを含む。裁断した圧縮管が短過ぎたら、可変圧縮リングは、ポンプ作動中にディフューザのスピンを阻止するためにディフューザに必要な圧縮荷重を維持するように膨張する。逆に、裁断した圧縮管が長過ぎたら、可変圧縮装置は、ディフューザのスピンを阻止するために収縮してディフューザにかかる望ましい圧縮荷重を維持する。この方法で予想される短所の１つは、硬質ゴム又はプラスチックが多数回にわたる膨張と圧縮の後に圧縮永久歪みを呈し、それによってその効力を失い、その結果、材料が従来の組立て方法と同様にスピニングディフューザ効果を受け易くなることである。
【００２４】
本開示は、形状記憶ポリマ（ＳＭＰ）又は他の同様の形状記憶材料でできていて、坑井ポンプとしても知られるＥＳＰで用いられる、回転阻止装置（回り止め装置）について述べる。ＳＭＰの形は、ＥＳＰディフューザ周りにぴったり嵌合するリング状である。ＳＭＰは、坑井の作動温度で膨張し、ＥＳＰディフューザとＥＳＰハウジングとの間に締り嵌めを生成するように構成されている。ＳＭＰは、ポンプ作動温度ではなく坑井作動温度で膨張するように構成されており、それは、ＳＭＰ材がポンプ始動前に膨張して締り嵌めを生成するためである。締り嵌めにより、高い摩擦抵抗を介して回転阻止力が得られる。ＳＭＰは、単独で、又は圧縮管と組み合わせて、又は回転を阻止するために用いられる他の構造装置と組み合わせて、使われる。          
【００２５】
図１Ａは、一時的な形状にある回転阻止バンド１０８を有する、組み立てられたＥＳＰ１００の一部を示している。ＥＳＰ１００は、複数のポンプ段（第１のポンプ段１２６を一例として示しており、他のポンプ段も同様とすることができる）を含むことができ、複数のポンプ段のそれぞれがインペラ（例えば第１のインペラ１１８）とディフューザ（例えばディフューザ１１２ａ）とを含んでいる。複数の段をまとめてポンプ束１１６と呼ぶこともある。ポンプ束１１６は、ハウジング１１４に収容されている。ハウジング１１４は、２つの端部、すなわち上向穴端部（アップホール端部）１２８と、下向穴端部（ダウンホール端部）１３０とを有している。ポンプヘッド部１０２は、ハウジング１１４の上向穴端部１２８に取り付けられている。圧縮管１０４は、ポンプヘッド部１０２と、上向穴端部１２８に最も近いポンプ段のディフューザ１１２ｂと、の間に配置されている。圧縮管１０４は、上向穴端部１２８に最も近いポンプ段のディフューザ１１２ｂがスピン（回転）するのを阻止するために圧縮力を提供する。ポンプ束１１６は、２つの端部、すなわち吸込端部１２２と、吐出端部１０６とを有している。吸込端部１０６に最も近いポンプ段のディフューザ１１２ａは、ポンプ基部１３４に支持されている。
【００２６】
ＥＳＰ１００は、吐出端部１０６より下方に配置された吸込端部１２２で、坑井から産出流体を取り込む。吐出端部１０６は、産出流体を、生産用導管（不図示）の中及び地上施設に向けた上向穴方向内へ送る。図１Ａ及び図１Ｂに示す実施では、上向穴端部１２８に最も近いディフューザ１１２ｂは、インペラ１１８の直上（すなわち下流）にある。産出流体がＥＳＰ１００内を移動するのと同時に、段毎に加算された揚程が累積する。
【００２７】
複数の段１１６は、組立て時にハウジング１１４内に配置される。ハウジング１１４の上向穴端部１２８において、ＥＳＰ１００は、ポンプヘッド部１０２を介してハウジング１１４内に保持される。ハウジング１１４の下向穴端部１３０において、複数の段１１６は、下側ディフューザスペーサ１３２に接触している。下側ディフューザスペーサは、ポンプ束１１６を圧縮状態に保つためにハウジング１１４の下向穴端部１３０にねじ止めされたポンプ基部１３４によって堅固に固定されている。未膨張のＳＭＰ回転阻止バンド１０８は、一時的な形状にあり、各ポンプ段の各ディフューザの周りに配置されている。
【００２８】
ＳＭＰは、温度等の外部刺激の存在下で、一時的な形状からその永続的な形状へ変化できるポリマである。形状記憶材の別の特性は双方向形状記憶効果である。これは、形状記憶材が高温まで加熱されたときにその形状を記憶し、また低温まで冷却されたときにその形状を記憶する能力である。ＳＭＰ類は、ガラス転移温度Ｔｇによって特徴付けられ、その温度以下では硬い。Ｔｇ未満であれば、ＳＭＰの形状は一時的である。形状記憶材が加熱されてＴｇを超えると、永続的な形状に戻る。このプロセスは可逆的であり、ポリマを分解させずに何度も繰り返すことができる。更に、ポリマが特定のガラス転移温度、例えば−２２°Ｆ（−３０℃）と５００°Ｆ（２６０℃）の間の温度を有するように企図できる。ＳＭＰは、先ず成形及び硬化を含む従来の製造方法によりその望ましい永続的な形状を企図して加工された後、望ましい一時的な形状に加工される。これは、製造された永続的な形状を、ＳＭＰのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱することによって達成される。続いて、ＳＭＰに荷重（負荷）を加えてＳＭＰを目標の一時的な形状に変形させる。一時的な形状のＳＭＰを、荷重がかかった／拘束された状態のまま、そのガラス転移温度（Ｔｇ）未満、典型的には室温近くまで冷却する。室温に達した後、荷重/拘束を解除しても、ＳＭＰはこの一時的な形状を維持する。組立工程中における未膨張の回転阻止バンド１０８の形状はこの一時的な形状である。一方向形状記憶効果で企図され製造されるＳＭＰの場合、一時的な形状がＳＭＰのガラス転移温度を超える温度まで加熱されると、ＳＭＰはその永続的な形状に変形する。双方向形状記憶効果で企図され製造されるＳＭＰの場合、一時的な形状がＳＭＰのガラス転移温度を超える温度まで加熱されると、ＳＭＰはその永続的な形状に変形する。しかし、ＳＭＰをそのガラス転移温度以下まで冷却すると、ＳＭＰは一時的な形状に戻る。
【００２９】
図１Ｂは、図１Ａに示す、据え付けられたＥＳＰ１００の同じ部分を示す。しかし、ここでは膨張したＳＭＰ回転阻止バンド１１０が永続的な形状にある。一時的な形状の未膨張のＳＭＰ回転阻止バンド１０８は、ポンプディフューザ１１２ａ及びディフューザ１１２ｂの周りにしっかりと嵌合している。ディフューザ１１２ａ及びディフューザ１２０ｂの周りに装着された未膨張の回転阻止バンド１０８の外面は、装着を容易にするためにハウジング１１４の内壁との間に十分な隙間が残っている。回転阻止バンド１０８は、双方向形状記憶効果を利用して製造されたＳＭＰである。その一時的な未膨張形状では、回転阻止バンド１０８は、ポンプ束１１６の外径に等しい内径（通常の圧入加工公差内）と、ポンプ束１１６の外面とハウジング１１４の内面との間の隙間より小さい半径方向厚さとを有するリングである。ＳＭＰのガラス転移温度（Ｔｇ）は、組み立て及び装着時に被る温度より高いが、坑井の作動温度より低くなるように、装着前に設定されている。膨張したＳＭＰ回転阻止バンド１１０の永続的な形状は、膨張したＳＭＰ回転阻止バンド１１０の外径とハウジング１１４の内径との間に締り嵌めを提供するように構成されている。すなわち、永続的な膨張形状では、リングの内径はポンプ束の外径に等しく（圧入部品の標準的な機械加工公差内で）、半径方向の厚さはディフューザ１１２ａ及びディフューザ１１２ｂの外面とハウジング１１４の内面との間の隙間に少なくとも等しい。この締り嵌めは、圧縮管１０４と連動して作用し、ポンプディフューザのどのような回転にも抗する摩擦力を与える。ポンプが坑井から取り出され、ＳＭＰ温度がガラス転移温度（Ｔｇ）を下回ると、ＳＭＰバンドは一時的な状態に戻る。
【００３０】
実施によっては、ポンプ束１１６内で複数の段を用いることができる。そのような実施では、図１Ｃに示されているが、ＥＳＰは、例えば、第１の段１２６ａと第２の段１２６ｂとを含むことができる。各ポンプ段１２６は、ポンプ組立て時に装着される一時的な形状の回転阻止バンド１０８を含むことができる。先に述べた実施のように、一時的な形状の回転阻止バンド１０８は、ＥＳＰ１００が坑井内にあってガラス転移温度（Ｔｇ）を超える温度を被ると、膨張してその永続的な形状のＳＭＰ回転阻止バンド１１０になる。
【００３１】
図２は、包括的なＳＭＰ回転阻止バンド２００の上面図を示す。ＳＭＰ回転阻止バンド２００は、装着を容易にするためにその一時的な形状がリング状である。先に述べたように、ＳＭＰ回転阻止バンド２００の一時的な形状は、その内面がポンプ束１１６の外面と一致するように予め製造されるが、バンド２００の外径は、ポンプハウジング１１４の内面の直径未満である。一般に、回転阻止バンド２００の外面及び内面の永続的な形状は、それぞれ、ポンプハウジング１１４の内面及びポンプ束１１６の外面に一致するように形成することができる。回転バンド２００のガラス転移温度（Ｔｇ）は、坑井内の坑井ポンプ１００の作動温度より低く、かつ、組立て時の坑井ポンプ１００の温度より高くなるように、予め企図される。坑井温度は、組立て時に被る温度よりも暖かい。
【００３２】
一時的な形状における未膨張のＳＭＰ回転阻止バンド１０８の軸方向の配置は、理想的には、ポンプ束１１６のディフューザ１１２ａ及びディフューザ１１２ｂの周りであり、そこでは、ディフューザの半径方向の厚さが最大となる。ポンプ束１１６の薄壁部分の周りに配置した場合、膨張したＳＭＰ回転阻止バンド１１０が、ディフューザ１１２ａ又はディフューザ１１２ｂを潰してしまうおそれがある。回転阻止バンド２００の特定の一時的な（未膨張）形状及び永続的な（膨張）形状は、寸法の違いにより、各ＥＳＰ１００モデルに対して異なるサイズで製造される。ＳＭＰ回転阻止バンド２００は、様々な長手方向の高さで、１つ以上のディフューザへ装着できる。
【００３３】
本主題は、図３に示す例示の方法３００を用いて実施できる。方法３００のステップは、並行に、順次に、又は、図３に示す順序とは異なる順序で実行することができる。まず、在庫の中からポンプ基部を取り出す。ステップ３０２で、下側ディフューザスペーサ１３２をポンプ基部１３４に取り付ける。次に、ポンプ基部１３４をハウジング１１４に取り付けるか、又は、ポンプ基部１３４をポンプ段１２６が完成するまで脇に置いておく。その時点で、ポンプ段を下側ディフューザスペーサ１３２に接続する。それが起こり得る前に、ステップ３０４で、坑井ポンプ１００の坑井ポンプ段１２６を組み立てる。ポンプ段を組み立てるこのステップは、インペラ１１８を第１のディフューザ１２０内に配置するステップを含むことができる。ステップ３０６では、記憶材料を、先に組み立てたポンプ段１２６のディフューザ１２０の外径に等しい内径を有すると共に、ポンプハウジング１１４の内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成する。ステップ３０８で、リング形状記憶材を、ディフューザ１２０の外径の周りに配置（位置決め）する。この記憶材は、その未膨張形状又は一時的な形状でディフューザ１２０の周りに配置されている。ステップ３１０で、坑井ポンプの第２の坑井ポンプ段を組み付ける。ステップ３１２では、第２の記憶材を、ステップ３１０で組み付けたポンプ段のディフューザの外径に等しい内径を有すると共に、ポンプハウジング１１４の内径よりも小さい外径を有するリング形状に形成する。ステップ３１４で、リング形状の第２の記憶材を、第２のポンプ段のディフューザの外径の周りに配置する。この記憶材は、その未膨張形状又は一時的な形状で第２のディフューザの周りに配置されている。ステップ３１６で、第１の坑井ポンプ段１２６ａを第２のポンプ段１２６ｂと直列に取り付けてポンプ束１１６を形成する。ステップ３１８で、ポンプ束１１６をポンプハウジング１１４へ挿入する。ステップ３２０で、ポンプ束１１６とポンプヘッド部１０２との間に圧縮管１０４を取り付ける。ステップ３２２で、ポンプハウジング１１４の上向穴端部１２８にポンプヘッド部１０２を取り付ける。ポンプヘッド部１０２及びポンプ基部１３４は、ねじ接続によってポンプハウジングへ取り付けることができる。
【００３４】
本主題のいくつかの実施を説明した。それにもかかわらず、本主題の主旨及び範囲から逸脱することなく様々な改変が可能であることが理解されよう。例えば、ＳＭＰの代わりに形状記憶合金が使用され得る。したがって、他の実施は以下の特許請求の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ＥＳＰ（電動水中（液中）ポンプ）
１０２  ポンプヘッド部
１０４  圧縮管
１０８、１１０  回転阻止バンド
１１２ａ、１１２ｂ  ディフューザ
１１４  ハウジング
１１８  インペラ
１２６  ポンプ段
１３２  下側ディフューザスペーサ
１３４  ポンプ基部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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