Mis siis, kui teie põhjaaugu koostu üks komponent võib teie puurimistsükli aega kahekohalise protsendi võrra lühendada, parandades samal ajal suunajuhtimist ja vähendades ebaproduktiivset aega? See on kaasaegse puuraugumootori lubadus ja väljakutse. Hoolimata aastakümnete pikkusest kasutusest leiutab puuraukude mootor end üha uuesti suurema pöördemomendi, paremate elastomeeride ja nutikama telemeetriaga, muutes selle keskseks suure jõudlusega puurimisel kitsastes akendes, pikkades külgmistes ja abrasiivsetes vormides.
Selle artikli põhisõnum on lihtne: puurkaevu mootor jääb nii tavalistes kui ka ebatavalistes kaevudes esmaseks läbitungimiskiiruse (ROP) ja trajektoori juhtimise juhiks. Kuid mitte kõik mootorid pole võrdsed ja teie eraldatav väärtus sõltub disaini kompromisside, komponentide kvaliteedi ja tööparameetrite mõistmisest.
Sellest postitusest saate teada, kuidas puuraukude mootor töötab, kuidas iga komponent jõudlusele kaasa aitab, kuidas mootori spetsifikatsioone oma geoloogia ja kaevu eesmärkidega sobitada ning kuidas hankijaid andmepõhiste võrdlustega võrrelda.
Võtme kaasavõtt
Puuraugu mootor muudab puurimisvedeliku hüdraulilise energia mehaaniliseks pöörlemiseks, võimaldades suuremat ROP-i ja paremat suunajuhtimist, eriti liugpuurimise ja mootoriga RSS-i puhul.
Optimaalne valik sõltub staatori/rootori geomeetriast, pöördemomendi-kiiruse kõveratest, elastomeeride keemiast ja selliste koostude terviklikkusest nagu tühjendussõlm, kardaanvõll ja ülekandevõll.
Andmepõhised parameetriaknad (vooluhulk, diferentsiaalrõhk, bitikoormus, WOB, RPM) ja digitaaldiagnostika vähendavad mootori seiskumist, tükeldamist ja elastomeeri tõrkeid.
Uued materjalid ja telemeetria võimaldavad pikemat jooksu, suuremat keskmist pöördemomenti ja vähem sõite, vähendades jalamaksu ja puurimispäevi.
Puuraugu mootor
A puurimismootor on positiivse nihkega mootor (PDM), mis kasutab puurimisvedelikku otsakuga ühendatud veovõlli pööramiseks. Mootor asub põhjaava sõlmes (BHA) ja seda saab suuna juhtimiseks suunata painde abil. Erinevalt ainult pöördlaua või ülemise ajamiga pöörlemisest tekitab puurauku mootor puurvarda pöörlemissagedusest sõltumatult. See lahtisidumine on suur põhjus, miks kaasaegne suundpuurimine suudab säilitada kõrge ROP-i, juhtides samal ajal kitsastes raskusastmetes.
Klassikalisel kujul sisaldab puurmootor:
Toitesektsioon (staator ja rootor), mis muudab vedeliku rõhu pöördemomendiks ja pöörete arvuks.
Mehaaniline ühendus (sageli kardaanvõll või universaalliigendi süsteem), mis kannab pöörlemise üle painutatud korpuse ilma liigsete nihkepingeteta.
Laagrikoost ja ülekandevõll, mis kannavad aksiaalset ja radiaalset koormust ning annavad otsakule pöördemomendi.
Abikomponendid, nagu tühjendussõlm vedeliku ohutuks tühjendamiseks ühenduste ajal või siis, kui pump on välja lülitatud.
Disaini järgi on puuraukude mootor edukas olukordades, kus:
Kaevu tee nõuab sagedast liugpuurimist või täpset ehitus-/pöördekiirust.
Kõvad vormid vajavad suuremat pöördemomenti madalamatel pööretel, et vältida lõikuri kulumist.
Pikad külgmised osad saavad kasu pinna pöörete arvu vähendamisest, et piirata puurvarda väsimist.
Puuraugu mootori peamised jõudlusnäitajad (KPI-d) hõlmavad järgmist:
Pöördemoment otsaku juures (sõltub rõhu erinevusest kogu võimsussektsioonis).
Mootori väljund RPM (voolukiiruse ja labade geomeetria funktsioon).
Seiskumismoment ja seiskumiskäitumine (kuidas see käsitleb ülekoormust ja kuidas see taastub).
Laagrite eluiga ja temperatuuritaluvus (eriti kriitiline kõrge BHT-ga kaevude puhul).
Üldine kaader jooksu kohta ja tunnid tõmmete vahel.
Puuraugumootorite komponendid
Puuraugumootori tõhusaks valimiseks või kasutamiseks aitab see mõista, mida iga põhikomponent annab:
Võimsussektsioon (staator + rootor): määrab pöördemomendi võimsuse, kiiruse vahemiku ja soojustakistuse.
Painutus või reguleeritav korpus: määrab tööriistapinna käitumise ja saavutatava jala raskusastme.
Kardaan- või veovõlli haakeseadised: edastavad pöördemomenti nihke tõttu paindlikult.
Ülekandevõll ja laagrikomplekt: kandke aksiaalset koormust (WOB) ja radiaalset koormust määrdeainete tihendamise ajal.
Prügikoost: juhib ohutut vedeliku möödavoolu, kui pumbad on seisatud.
Tihendid, elastomeerid ja määrdeained: kaitsevad temperatuuri, õli/happe saastumise ja tahkete ainete eest.
Igal tükil on rikkere?iimid. Näiteks staatori elastomeeride tükeldamine tuleneb termilisest tsüklilisusest või keemilisest kokkusobimatusest; kardaanitihvtid kuluvad võnkuvate koormuste korral; ja laagrikomplektid purunevad prahi imbumise või ebapiisava teljesuuna tõttu. Nende re?iimide mõistmine võimaldab nutikamaid parameetriaknaid ja riskijuhte.
Prügi kokkupaneku osa
Prügiseade on mootori töökindluse laulmata kangelane. Selle ülesanne on pakkuda puurimisvedelikku teed, kui pumba rõhk kaob (nt ühendamise ajal), vältides vaakumi põhjustatud kahjustusi ja rõhu kinnijäämist mootori sees. Hästi läbimõeldud tühjendussõlm aitab vältida diferentsiaali kleepumist ja kaitseb tihendeid, ühtlustades sise- ja välisrõhku. Tüüpilised funktsioonid hõlmavad järgmist:
Tagasivoolu tingimustes avanevad kontrollventiilid või vedruga kangid.
Voolukanalid, mille suurus väldib liigseid rõhutippe sulgemisel.
Erosioonikindlad materjalid abrasiivsete pistikute üleelamiseks.
Kasulikud tegevused:
Võimaldab kiireid ja ohutuid ühendusi, leevendades mootoris esinevaid tampooni/pingeefekte.
Vähendab staatori delaminatsiooni ohtu, vältides vastupidiseid rõhu hüppeid.
Pikendab laagrite ja tihendite eluiga, vältides pumba töötamise ajal rõhu jäämist.
Valiku kaalutlused:
Ühilduvus suure kuivainesisaldusega vedelikega.
Erosioonikiirus eeldatava voolukiiruse juures.
Hooldusjuurdepääs ja põllul hooldatavus.
Andmepunkt: Põlevkivibasseinides tehtud väliuuringud näitavad, et optimeeritud prügilatega mootoritel on 8–15% pikemad keskmised töötunnid, mis on tingitud madalamast tihendi purunemise määrast ja väiksemast survega seotud sündmustest ühenduste ajal.
Mootor
Südamiku mootori keskmes on jõusektsioon, mis koosneb terasest spiraalsest rootorist ja elastomeeriga vooderdatud staatorist. Rootori-staatori paar moodustab progresseeruvad õõnsused. Puurimisvedeliku voolamisel tekib nende õõnsuste vahel rõhuerinevus, mis tekitab pöörlemise. Geomeetriat väljendatakse lobades (nt 4:5, 5:6, 7:8). Rohkem sagaraid annab üldiselt suurema pöördemomendi madalamatel pööretel, samas kui vähem labasid tagab kõrgema pöördemomendi madalama pöördemomendi korral.
Peamised disainiparameetrid:
Lobe konfiguratsioon: määrab pöördemomendi-kiiruse kõvera. Kõrgema osaga mootorid sobivad kõvadele koosseisudele ja pöördemomenti nõudvatele PDC bittidele; madala sagariga mootorid paistavad silma pehmetes koosseisudes, mis vajavad suuremat pööret.
Staatori pikkus ja samm: pikemad võimsussektsioonid annavad suurema pöördemomendi, kuid suurendavad rõhulangust ja pikkust.
Elastomeeri tüüp: kõrgtemperatuursed hüdrogeenitud nitriil (HNBR) ja perfluoroelastomeerid (FFKM) taluvad termilist lagunemist ja õli paisumist; standardne NBR töötab jahedamas veepõhises keskkonnas.
Rootori kate: kroom- või volframkarbiidkatted vähendavad kulumist ja säilitavad tihendustõhususe.
Tüüpilised jõudlusvahemikud:
Väljundpöörded: 50–300 pööret minutis sõltuvalt lobude arvust ja voolukiirustest.
Pöördemoment: 1000–12 000 ft-lbf olenevalt suurusest (nt 4,75', 6,75', 8') ja laba geomeetriast.
Rõhu erinevus võimsussektsioonis: 200–900 psi keskmise sagedusega mudelite puhul, kõrgem suure pöördemomendiga variantide puhul.
Vaatamise tõrkere?iimid:
Staatori tükeldamine või lahtiühendamine kuumuse/keemia tõttu.
Rootori kulumine, mis põhjustab pöördemomendi kadu ja suurenenud libisemist.
Termiline ebakõla rootori ja staatori vahel, mis põhjustab kõrge BHT juures seiskumist.
Parameetrite aknad:
Pöörete ja pöördemomendi tasakaalu säilitamiseks hoidke tarnija diagrammides voolukiirusi.
Püsiseisundis puurimisel seadke mootori maksimaalne dP 80–90%-le nimiseiskumisrõhust.
jälgida temperatuuri; vähendage pöördemomendi kõveraid üle 300 °F (150 °C), välja arvatud juhul, kui kasutate kõrge temperatuuriga elastomeere.
Kardaanvõll
Kardaanvõll, mida mõnikord nimetatakse ka universaalliigendi sõlmeks, suunab rootori liikumise painutatud korpuse kaudu ülekandevõllile, kompenseerides samal ajal ebaühtlust. Suunatud koostu korral võib korpus olla 1–3 kraadi painutatud, põhjustades mootori väljundtelje lahknemise puurvarda teljest. Kardaan võimaldab seda geomeetriat ilma paindemomentideta, mis muidu kahjustaksid jõusektsiooni või laagreid.
Disaini elemendid:
Kahekordne U-liigend või konstantse kiirusega liitmikupaarid, et tasakaalustada kiiruse kõikumisi.
Rasvaga täidetud survekompenseeritud korpused tihvtide ja pukside kaitseks.
Kulumiskindluse tagamiseks pinnatöötlusega (nt nitrid) ülitugevast sulamist tihvtid.
Kompromissid:
Lihtsamad U-liigendid on vastupidavad ja kergesti hooldatavad, kuid tekitavad pöördemomendi lainetust.
CV-tüüpi liigendid sujuvad pöörlemisel, kuid võivad olla keerukamad ja tundlikumad määrimiskvaliteedi suhtes.
Levinud probleemid:
Tihvtide/puksi kulumine, mis põhjustab suurenenud lõtku ja tööriistapinna ebastabiilsust.
Tihendi rikked, mis põhjustavad määrdeaine kadu ja liigeste kiiret lagunemist.
Väsimus suure koerte raskusastmega koos kõrgete pöörete arvu ja WOB-ga.
Parimad tavad:
Hoidke liugpuurimise pöörded tagasihoidlikud; laske puuraugu mootoril tööd teha, minimeerides samal ajal pinna pöörete arvu.
Kasutage reaalajas MWD ?oki/vibratsiooni andmeid liigese resonantsi tingimuste tuvastamiseks.
Kontrollige jooksude vahelisi ühendusi; asendada mõõdetud kulumislävede juures, et vältida katastroofilist riket.
Jõuülekande võll
Ülekandevõll, mida mõnikord nimetatakse ka veovõlliks, edastab pöördemomenti ning kannab mootorilt otsakule aksiaalset ja radiaalset koormust. Selle terviklikkus määrab suures osas, kui palju kaalu-on-biti (WOB) saate laagreid või tihendeid kahjustamata rakendada.
Põhielemendid:
Tõukejõu laagripakett: koosneb virnastatud nurkkontaktlaagritest või PDC tõukepadjakestest, et neelata telgkoormusi WOB-st ja bitireaktsioonidest.
Radiaallaagrid: stabiliseerige võll, et minimeerida pööriseid ja kaitsta tihendeid.
Mehaanilised tihendid: hoidke määrdeaine sees ja puurimisvedelik väljas; võib kasutada rõhu kompenseerivaid kolbe, et tasakaalustada sisemist õli muda hüdrostaatilise rõhuga.
Flex võlli osa: mõne konstruktsiooni puhul aitab painduv sektsioon lahti siduda paindepingeid.
Koormuse juhtimine:
Teljekoormuse reitingud peaksid ületama kavandatud WOB-i (nt 20–30%), et võtta arvesse mööduvaid naelu seiskamise ajal.
Radiaalne kandevõime peab taluma biti tekitatud külgjõude, eriti kõrgetel jalgadel agressiivsete PDC-lõikuritega.
Määrimine:
Õliga täidetud, suletud moodulid vähendavad kulumist; viskoossus ja lisandite pakendid peavad vastama temperatuurile.
Prahi eemaldamine labürinttihendite ja magnetkollektorite kaudu parandab eluiga kõrge tahke sisaldusega mudas.
Jälgimine:
Järeldus
Puuraugumootor ei ole kaup – see on häälestatud süsteem, mille jõudlus tuleneb jõusektsiooni geomeetriast, elastomeeride keemiast, võlliühendustest, laagritest ja nutikast vedelikuhaldusest. Õige kombinatsiooniga saavad operaatorid avada suurema ROP-i, täpsema suunajuhtimise ja vähem sõite, vähendades jalakulu ja puurimispäevi.
Kõige tõhusamad programmid käsitlevad puurkaevu mootorit andmetootena. Kalibreerige pöördemomendi-kiiruse kõveraid, jälgige rõhuerinevust, logisegusid ja põrutussündmusi ning korrake elastomeeri valikut mudakeemia ja põhjaaugu temperatuuri järgi. Kombineerige need toimingud tugevate prügikastide, vastupidavate kardaanvõllide ja nõuetekohaselt hinnatud ülekandevõllidega ning parandate oluliselt kaadrit jooksu ja NPT kohta.
KKK-d
K: Mis on auku mootor?
V: Puuraugu mootor on positiivse nihkega mootor, mida kasutatakse põhjaaugu sõlmes puurimisvedeliku energia muundamiseks otsaku mehaaniliseks pöörlemiseks. See võimaldab kõrgemat ROP-i ja suunajuhtimist.
K: Kuidas lobide arv mõjutab jõudlust?
V: Kõrgem labade arv annab üldiselt suurema pöördemomendi madalamatel pööretel, mis on kasulik kõvade koosseisude korral. Madalam osade arv tagab suurema pöörete arvu madalama pöördemomendi korral, paremini pehmemates koosseisudes.
K: Miks on prügila koost oluline?
V: See hoiab ära rõhu kinnijäämise ja vaakumi kahjustamise, kui pumbad seisavad, kaitstes tihendeid ja elastomeere ning vähendades NPT-d ühenduste ajal.
K: Mis põhjustab mootori seiskumist?
V: Liigne WOB või äkiline biti haardumine võib ületada seiskumismomenti. Maksimaalsele diferentsiaalrõhule liiga lähedal töötamine suurendab seiskumisohtu.
K: Kuidas ma saan mootori eluiga pikendada?
V: Järgige parameetriaknaid, valige temperatuuri ja muda keemia jaoks õige elastomeer, jälgige dP-d ja pöördemomenti ning hooldage laagreid ja liigeseid ajakava järgi.
K: Millised on tavalised rikkere?iimid?
V: Staatori tükeldamine, rootori kulumine, kardaani tihvti/puksi kulumine, tihendi rikked ja laagrite lagunemine prahist või termilise pinge tõttu.
K: Millal peaksin valima kõrge temperatuuriga elastomeeri?
V: Kui staatiline või tsirkuleeriva põhjaaugu temperatuur ületab umbes 150 °C (300 °F) või kui õlipõhine muda võib standardsete nitriilelastomeeride paisuda.
K: Kas puuraukude mootoreid saab kasutada koos pöörleva juhitava süsteemiga (RSS)?
V: Jah. Mootoriga RSS ühendab mootori RSS-tööriistaga, et kombineerida kõrge ROP-i suurepärase trajektoori juhtimisega, eriti pikkadel külgsuunas.
K: Kuidas ma saan mootorit oma otsaga sobitada?
V: Kasutage müüja pöördemomendi-kiiruse diagramme ja biti agressiivsust, et sihtida tööaken, kus pöördemoment on piisav ilma sagedaste seiskumisteta ja pöörete arv sobib lõikuri vastupidavusega.
