Грязевой мотор

Забойный двигатель (или буровой двигатель) представляет собой объемный насос с прогрессивной полостью (PCPD), размещенный в бурильной колонне для обеспечения дополнительной мощности долота во время бурения. Насос PCPD использует буровой раствор (обычно называемый буровым раствором или просто раствором) для создания эксцентрического движения в силовой части двигателя, которое передается в виде концентрической мощности на буровое долото . В забойном двигателе используются различные конфигурации ротора и статора, чтобы обеспечить оптимальную производительность для желаемой операции бурения, обычно увеличивая количество лопастей и длину силового агрегата для увеличения мощности. В некоторых случаях в качестве входной мощности забойного двигателя можно использовать сжатый воздух или другой газ. Нормальное вращение долота при использовании забойного двигателя может составлять от 60 об/мин до более 100 об/мин.

Основной принцип

Основанная на принципе, разработанном Рене Муано , теория утверждает, что винтовой ротор с одним или несколькими лепестками будет вращаться эксцентрично, когда статор содержит больше лепестков, чем ротор. Поток жидкости передает мощность, позволяя узлу вращаться и поворачивать долото. ^{[ 1 ]}

Нормальная конструкция/использование

Обычная конструкция забойного двигателя состоит из верхнего переводника, который соединяет забойный двигатель с бурильной колонной; силовая часть, состоящая из ротора и статора; секцию трансмиссии, в которой эксцентрическая мощность от ротора передается в виде концентрической мощности на долото с использованием шарнира равных угловых скоростей ; подшипниковый узел, защищающий инструмент от давления со стороны дна и давления на дно; и нижний переводник, который соединяет забойный двигатель с долотом.

Когда долото находится на дне и двигатель эффективно работает, происходит заметное увеличение давления в жидкостной системе. Это вызвано ограничением внутри двигателя и называется «перепадом давления». Если этот перепад давления слишком высок, двигатель может заглохнуть, что означает, что долото перестанет вращаться, и это может привести к серьезному повреждению внутренней поверхности статора.

Забойный двигатель описывается с точки зрения количества ступеней, соотношения кулачков и внешнего диаметра. Стадии - это количество полных витков, которые статор делает от одного конца к другому, а соотношение лепестков - это количество лепестков на статоре к количеству лепестков на роторе (у статора всегда на один лепесток больше, чем у ротора). . Большее количество ступеней указывает на более мощный двигатель. Большее количество лепестков указывает на более высокий выходной крутящий момент (при данном перепаде давления), меньшее количество лепестков указывает на уменьшение создаваемого крутящего момента, но более высокую скорость вращения долота.

К рабочим параметрам относятся скорость потока, частота вращения долота и крутящий момент. Взаимосвязь между геометрией ротора и статора определяет скорость вращения и крутящий момент. Скорость вращения пропорциональна скорости потока, а крутящий момент пропорционален перепаду давления в жидкости при ее прохождении через двигатель. Чем больше лепестков, тем выше крутящий момент и медленнее обороты.

Использование забойных двигателей во многом зависит от финансовой эффективности. В прямых вертикальных скважинах забойный двигатель можно использовать исключительно для увеличения скорости проходки (МСП) или для минимизации эрозии и износа бурильной колонны, поскольку бурильную колонну не нужно вращать с такой скоростью.

Чаще всего забойные двигатели используются при бурении наклонно-направленных скважин . Хотя для направления долота в желаемую целевую зону можно использовать и другие методы, они требуют больше времени, что увеличивает стоимость скважины. Забойные двигатели можно настроить на изгиб, используя различные настройки самого двигателя. Типичные забойные двигатели можно изменять от 0 градусов до 4 градусов с примерно шестью приращениями отклонения на градус изгиба. Величина изгиба определяется скоростью набора высоты, необходимой для достижения целевой зоны. Используя инструмент измерения во время бурения (MWD), буровой станок может направить долото в желаемую целевую зону.

Для бурения начальной точки используются управляемые двигатели. При бурении начальной точки избегайте бурения мягких пород непосредственно под твердыми. В твердых абразивных породах высокие боковые силы при отрыве могут вызвать серьезный износ хвостовика долота. В идеале начальную точку следует выбирать в неабразивном однородном пласте. ^{[ 2 ]}

Преимущества

Чрезвычайно твердые горные породы можно бурить с помощью двигателей с использованием алмазных или поликристаллических алмазных долот (PDC).
Высокая скорость проникновения может быть достигнута за счет высокой скорости вращения.
Обеспечивает циркуляцию скважины независимо от мощности или крутящего момента двигателя.

Основной недостаток при использовании на нефтяных месторождениях.

Статор PCPD, который является основным компонентом насоса, обычно покрыт эластомером . Большинство отказов насосов PCPD происходят из-за этой эластомерной детали. Однако условия эксплуатации ^{[ 3 ]} и окружающая среда не должна ухудшать или вызывать механические повреждения эластомерной части в течение всего срока службы оборудования. К сожалению, в отрасли нет эластомеров, которые могли бы служить дольше, противостоять абразивным жидкостям и твердым веществам и выдерживать отклонения при рабочих температурах. Наиболее распространенными марками эластомеров, используемыми для этого применения, являются марки NBR (нитриловый или акрилонитрилбутадиеновый каучук), которые имеют умеренно хорошие характеристики. Определенно существует потребность в более качественных эластомерных соединениях, которые могли бы проникнуть в области, которые в настоящее время недоступны для ПХПД, а также улучшить срок службы существующих продуктов.

Скорость передачи данных может быть очень высокой, поэтому выбор битов важен. Высокие скорости могут ограничивать использование определенных типов битов.
Особые требования к насосу, так как для поддержания правильной и эффективной работы двигателя могут потребоваться особые давления и скорости потока.
Если используется для управления направлением, скважинный узел может быть длинным, и для его сборки на полу буровой установки может потребоваться время.
Забойный двигатель может быть чувствителен к загрязняющим веществам. Это означает, что некоторые типы буровых растворов или присадок могут вывести из строя двигатель или снизить его производительность. Одним из конкретных примеров, как упоминалось выше, является использование бурового раствора на нефтяной основе в забойном двигателе. Со временем масло разрушает эластомеры и уплотнения двигателя.

Механизмы отказа

Растрескивание – изношена резина в верхней части статора.

Отсоединение – отказ стальной трубы от связующего вещества; нарушение соединения эластомеров со связующим веществом или связующим веществом.

Плохая посадка ротора/статора – неправильные допуски из-за деградации со временем. Кроме того, если посадка неправильная, перепад давления может быть либо слишком высоким, либо слишком низким. Слишком высокая высота может привести к повреждению двигателя; слишком низкое значение приведет к тому, что двигатель станет слабым и заглохнет, что может привести к разрушению статора.

Температура скважины и бурового раствора может вызвать термическую усталость статора. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы компенсировать разбухание статора.

Некоторые буровые растворы могут вызвать набухание эластомеров статора. Учет этого фактора и забойной температуры также является важным фактором.

Материал, вызывающий потерю циркуляции (LCM), может засорить двигатель, а предметы с острыми краями могут привести к износу внутренних частей двигателя. ^{[ 4 ]}

См. также

Ссылки

^ Бейкер Хьюз Инкорпорейтед (1998). Справочник по двигателям Navi-Drill . Бейкер Хьюз Инкорпорейтед.
^ Агилера, Р.; Р. С. Артиндейл; ГМ Корделл; МС Нг; Г.В. Николл; Г. А. Рунионы. Горизонтальные скважины . Хьюстон.
^ полная статья. WoS: МОДЕЛИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ВИНТОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Автор(ы): Билецкий В. (Билецкий В.); Ландар, С (Ландар, С.); Мищук Ю. (Мищук Ю.) Источник: ДОБЫЧА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Том: 11 Выпуск: 3 Страницы: 15–22 DOI: 10.15407/ Mining11.03.015 Опубликовано: 20 17 Инвентарный номер: WOS:000426091500002
^ Шлюмберже (2000). Справочник по управляемому мортиру PowerPak . Шлюмберже.

Внешние ссылки

Описание грязевого двигателя - Kalsi Engineering
Двигатель прямого вытеснения (PDM) — 2D-анимация на YouTube

[1] Бейкер Хьюз Инкорпорейтед (1998). Справочник по двигателям Navi-Drill . Бейкер Хьюз Инкорпорейтед.

[2] Агилера, Р.; Р. С. Артиндейл; ГМ Корделл; МС Нг; Г.В. Николл; Г. А. Рунионы. Горизонтальные скважины . Хьюстон.

[3] полная статья. WoS: МОДЕЛИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ВИНТОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Автор(ы): Билецкий В. (Билецкий В.); Ландар, С (Ландар, С.); Мищук Ю. (Мищук Ю.) Источник: ДОБЫЧА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Том: 11 Выпуск: 3 Страницы: 15–22 DOI: 10.15407/ Mining11.03.015 Опубликовано: 20 17 Инвентарный номер: WOS:000426091500002

[4] Шлюмберже (2000). Справочник по управляемому мортиру PowerPak . Шлюмберже.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]