ポンプジャック

ポンプジャックは、油井内の往復ピストンポンプ の地上駆動装置である。^[1]

井戸底の圧力が不十分で液体が地表まで流れきらない場合に、機械的に井戸から液体を汲み上げるために使用されます。この配置は陸上の井戸でよく使用されます。ポンプジャックは石油が豊富な地域でよく使用されます。

ポンプのサイズによって異なりますが、通常、1 ストロークあたり 5 ～ 40 リットル (1 ～ 9 英ガロン、1.5 ～ 10.5 米ガロン) の液体を生成します。多くの場合、これは原油と水のエマルジョンです。ポンプのサイズは、除去する油の深さと重量によっても決まります。より深く抽出するほど、排出柱 (排出ヘッド) の重量が増すため、より大きな電力が必要になります。

ビーム型ポンプジャックは、モーター（通常は電動モーター）の回転運動を、研磨ロッドとそれに付随するサッカーロッドおよび柱（流体）負荷を駆動するために必要な垂直往復運動に変換します。このタイプの機構の工学用語はウォーキングビームです。18世紀と19世紀の 定置型および船舶用蒸気エンジンの設計でよく使用されました。

ポンプジャックは、ビームポンプ、ウォーキングビームポンプ、ホースヘッドポンプ、ノッディングロバポンプ（ロバポンパー）、ロッキングホースポンプ、グラスホッパーポンプ、サッカーロッドポンプ、恐竜ポンプ、ビッグテキサンポンプ、サースティバードポンプ、ホビーホース、または単にポンプユニットとも呼ばれます。^[2]

初期のポンプジャックは、中央動力と呼ばれる機構で、地面から水平に伸びるロッドラインが回転する偏心輪のホイールまで伸びて動作していました。^[3] 12 台以上のポンプジャックを稼働させる中央動力は、蒸気または内燃機関、または電気モーターによって駆動されます。この方式の利点の 1 つは、ポンプジャックごとに個別のモーターを使用するのではなく、1 つの原動機だけですべてのポンプジャックに電力を供給できることです。ただし、多くの困難の 1 つは、個々の井戸の負荷が変化するとシステムのバランスを維持することです。

現代の揚水ジャックは原動機によって駆動される。これは一般に電動モーターであるが、電気が通っていない隔離された場所や、揚水ジャックの場合は三相電力が利用できない場所では内燃機関が使用される（単相モーターは少なくとも60馬力または45キロワットまで存在するが、^[4] 10馬力または7.5キロワットを超える単相モーターに電力を供給すると、電力線の問題、特に起動時の電圧低下を引き起こす可能性があり、^[5]多くのポンプは10馬力以上を必要とする）。一般的なオフグリッド揚水ジャックのエンジンは天然ガスで稼働し、井戸から生産されたガスをケースに入れることが多いが、揚水ジャックはプロパンやディーゼル燃料など多くの種類の燃料で稼働してきた。厳しい気候では、そのようなモーターとエンジンは、風雨から保護するために小屋に格納されることがある。揚水ジャックに動力を与えるエンジンは、最も近い利用可能なガスグリッドから天然ガスを受け取ることが多い。

原動機は、多くの場合二重減速ギアボックスである一組のプーリーを変速機に通し、これが一対のクランクを駆動します。クランクには通常、重いロッド アセンブリの重量を相殺するためのカウンターウェイトが取り付けられています。クランクは、A フレーム上を自由に動くI 型梁の一端を上げ下げします。梁のもう一端には、馬の頭またはロバの頭と呼ばれる湾曲した金属製の箱があり、その外観からそう呼ばれています。ブライドルと呼ばれる鋼鉄製 (場合によってはグラスファイバー製) のケーブルが、磨かれたロッド (スタッフィング ボックスを通過するピストン) に馬の頭を接続します。

クランク自体もその重量によりカウンターバランスを生成するため、あまり重い荷重を運ばないポンプジャックでは、クランク自体の重量だけで井戸の荷重をバランスさせるのに十分な場合があります。

ただし、クランクバランス型ユニットは、カウンターウェイトが必要なため、重すぎる場合があります。Lufkin Industries は、コンプレッサーからの空気を充填した空気圧シリンダーによってカウンターバランスが提供され、カウンターウェイトが不要になる「エアバランス型」ユニットを提供しています。

研磨されたロッドはスタッフィング ボックスにぴったりとフィットし、液体が漏れることなくチューブの内外を移動できます。(チューブは、液体が生成される井戸の底まで伸びるパイプです。) ブライドルは、馬の頭が上下するときにその曲線に沿って動き、垂直またはほぼ垂直のストロークを作成します。研磨されたロッドは、サッカー ロッドと呼ばれる長いロッドの列に接続され、チューブを通ってダウンホール ポンプまで伸びます。ダウンホール ポンプは通常、井戸の底近くに配置されています。

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  液体が地表まで流れ出るだけの底圧がない場合に、井戸から機械的に液体を持ち上げるために使用されるポンプ ジャックの写真。
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  カリフォルニア州の密集したカーンリバー油田: フルサイズ画像では数百のポンプジャックが見えます。この開発スタイルは、20 世紀初頭の石油ブームの時代によく見られました。
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  天然ガスを燃料とする南アルバータ州のポンプジャック。

チューブの底にはダウンホール ポンプがあります。このポンプには 2 つのボール チェック バルブがあります。底部にある固定バルブはスタンディング バルブと呼ばれ、もう 1 つはピストンのバルブで、サッカー ロッドの底部に接続され、ロッドが往復運動するときに上下に動きます。これはトラベリング バルブと呼ばれます。貯留層流体は、ケーシングとセメントに開けられた穴を通って地層からボーリング ホールの底部に入ります(ケーシングは、井戸の全長にわたって伸びる大きな金属パイプで、地面との間にセメントが敷かれています。チューブ、ポンプ、サッカー ロッドはすべてケーシング内にあります)。

ポンプ端のロッドが上昇しているとき、移動バルブは閉じられ、スタンディング バルブは開きます (ポンプ バレル内の圧力が低下するため)。その結果、移動ピストンがバレル内の以前の内容物を上方に持ち上げるため、ポンプ バレルは地層からの流体で満たされます。ロッドが押し下げを開始すると、移動バルブが開き、スタンディング バルブが閉じます (ポンプ バレル内の圧力が上昇するため)。移動バルブはバレル内の流体 (上昇ストローク中に吸い込まれたもの) を通って下がります。次にピストンはストロークの終わりに到達し、再び上方へと進み、このプロセスを繰り返します。

多くの場合、ガスは石油と同じ穿孔から生産されます。ガスがポンプに入ると、ガス ロックと呼ばれる状態になる可能性があるため、問題が発生する可能性があります。ガス ロックとは、ポンプ バレル内の圧力が不十分になり、バルブが開かなくなり (ガスの圧縮による)、ポンプでほとんど何も汲み上げられない状態です。これを防ぐために、ポンプの入口を穿孔の下に配置できます。ガスを含んだ流体が穿孔から井戸の穴に入ると、ガスは環状部(ケーシングとチューブの間の空間) を泡立ちながら上昇し、液体はスタンディング バルブ入口まで下降します。地表に達すると、ガスは環状部に接続された配管を通じて収集されます。

ポンプジャックは、今では旧式と見なされる手動ポンプ式井戸を動かすのにも使用できます。この技術の規模は油井よりも小さいことが多く、通常は既存の手動ポンプ式井戸の上部に収まります。この技術は単純で、通常は低出力の電動モーターで駆動する平行棒ダブルカムリフトを使用しますが、ストローク長が54インチ (1.4 m) 以上のポンプジャックが水ポンプとして使用される数が増えています。このようなポンプが動作している短いビデオ録画は、YouTubeで視聴できます。^[6]

井戸用ポンプジャックの流量はジェットポンプよりも低く、汲み上げた水は加圧されていないが、ビームポンプユニットには、緊急時に手動でポンプジャックカムを最低位置まで回転させ、手動ハンドルを坑口ロッドの上部に取り付けることで、手動で汲み上げるオプションがある。エンジンで駆動する大型のポンプジャックでは、エンジンは貯水池に貯蔵された燃料または最寄りのガスグリッドから供給される天然ガスで稼働することができる。場合によっては、このタイプのポンプはジェットポンプよりも消費電力が少なく、したがって稼働コストが安くなる。

• ガスリフト
• プログレッシブキャビティポンプ
• 水中ポンプ

ウィキメディア・コモンズには、ノッディング・ドンキー・ポンプに関連するメディアがあります。

• すべてが盛り上がった – 油田技術、アメリカ石油ガス歴史協会、2014 年 10 月更新