Mitä jos yksittäinen komponentti pohjareikäkokoonpanossa voisi lyhentää porausjakson aikaa kaksinumeroisilla prosenttiosuuksilla samalla, kun se parantaa suunnanhallintaa ja vähentää tuottamatonta aikaa? Se on nykyaikaisen pohjareikämoottorin lupaus – ja haaste. Huolimatta vuosikymmeniä kestäneestä käytöstä, porausreikämoottori kehittää itseään jatkuvasti suuremmalla vääntömomentilla, paremmilla elastomeereillä ja älykkäämmällä telemetrialla, mikä tekee siitä keskeisen aseman tehokkaassa porauksessa tiukoissa ikkunoissa, pitkissä sivusuunnassa ja hankaavissa muodostelmissa.
Tämän artikkelin ydinsanoma on yksinkertainen: porausreiän moottori on edelleen tunkeutumisnopeuden (ROP) ja liikeradan hallinnan päätekijä sekä perinteisissä että epätavanomaisissa kaivoissa. Kaikkia moottoreita ei kuitenkaan ole luotu samanarvoisina, ja poimimasi arvo riippuu suunnittelun kompromissien, komponenttien laadun ja toimintaparametrien ymmärtämisestä.
Tässä viestissä opit kuinka porausreikämoottori toimii, miten kukin komponentti vaikuttaa suorituskykyyn, kuinka sovittaa moottorin tekniset tiedot geologiaan ja kaivon tavoitteisiisi ja kuinka vertailla toimittajia tietoihin perustuvilla vertailuilla.
Key Takeaway
Porareiän moottori muuttaa porausnesteen hydraulienergian mekaaniseksi kierroksi, mikä mahdollistaa korkeamman ROP:n ja erinomaisen suunnanhallinnan, erityisesti liukuporauksessa ja moottoroidussa RSS:ssä.
Optimaalinen valinta riippuu staattorin/roottorin geometriasta, vääntömomentti-nopeuskäyristä, elastomeerikemiasta ja kokoonpanojen, kuten tyhjennyskokoonpanon, kardaaniakselin ja voimansiirtoakselin, eheydestä.
Tietoihin perustuvat parametriikkunat (virtaus, paine-ero, bittikuorma, WOB, RPM) ja digitaalinen diagnostiikka vähentävät moottorin jumiutumista, paloittelua ja elastomeerivirheitä.
Uudet materiaalit ja telemetria mahdollistavat pidemmät ajot, suuremman keskimääräisen vääntömomentin ja vähemmän matkoja, mikä pienentää jalkakohtaista hintaa ja kokonaisporauspäiviä.
Porareiän moottori
A porausreiän moottori on syrjäytysmoottori (PDM), joka käyttää porausnestettä pyörittämään terään kytkettyä käyttöakselia. Moottori on pohjareikäkokoonpanossa (BHA) ja se voidaan suunnata taivutuksella suuntasäätöä varten. Toisin kuin pyörivä pöytä tai yläkäyttöinen pyöriminen yksinään, pohjareikämoottori tuottaa terän pyörimisen poranterän kierrosluvusta riippumatta. Tämä irrotus on suuri syy siihen, miksi nykyaikainen suuntaporaus voi ylläpitää korkeaa ROP-arvoa ohjattaessa tiukkojen haarojen vakavuuden rajoissa.
Klassisessa muodossaan porausreikämoottori sisältää:
Tehoosa (staattori ja roottori), joka muuntaa nesteen paineen vääntömomentiksi ja kierrosluvuksi.
Mekaaninen vivusto (usein nivelakseli tai yleisniveljärjestelmä), joka siirtää pyörimisen taivutetun kotelon yli ilman liiallisia kohdistusvirheitä.
Laakerikokoonpano ja voimansiirtoakseli, joka kantaa aksiaalista ja radiaalista kuormaa ja antaa vääntömomentin terälle.
Apukomponentit, kuten tyhjennysyksikkö, joka poistaa nesteen turvallisesti kytkentöjen aikana tai pumpun ollessa pois päältä.
Suunnittelultaan pohjareikämoottori menestyy tilanteissa, joissa:
Kaivon polku vaatii toistuvaa liukuporausta tai tarkkaa rakentamis-/kääntymisnopeutta.
Kovat muodostelmat tarvitsevat suuremman terän vääntömomentin pienemmällä kierrosluvulla leikkurin kulumisen välttämiseksi.
Pitkät sivut hyötyvät pinnan kierrosluvun alenemisesta, mikä vähentää poralangan väsymistä.
Reiän moottorin tärkeimmät suorituskykyindikaattorit (KPI) sisältävät:
Vääntömomentti terässä (riippuu paine-erosta teho-osion yli).
Moottorin lähtö RPM (virtausnopeuden ja keilan geometrian funktio).
Jumismomentti ja jumissakäyttäytyminen (miten se käsittelee ylikuormitusta ja miten se palautuu).
Laakereiden käyttöikä ja lämpötilansieto (erityisesti kriittistä korkean BHT:n kaivoissa).
Kokonaiskuvaa juoksua kohden ja tunnit vetojen välillä.
Pohjareikämoottoreiden komponentit
Kun haluat valita tai käyttää porausreikämoottoria tehokkaasti, se auttaa ymmärtämään, mitä kukin pääkomponentti vaikuttaa:
Tehoosa (staattori + roottori): määrittää vääntömomentin kapasiteetin, nopeusalueen ja lämpövastuksen.
Taivutettu tai säädettävä kotelo: määrittää työkalupinnan käyttäytymisen ja saavutettavissa olevan koiran jalan vakavuuden.
Kardaani- tai vetoakselikytkimet: siirrä joustavasti vääntömomenttia kohdistusvirheiden kautta.
Voimansiirtoakseli ja laakeripaketti: kantaa aksiaalista kuormaa (WOB) ja radiaalista kuormaa samalla kun tiivistät voiteluaineita.
Kaatopaikka: ohjaa turvallista nesteen ohitusta, kun pumput on pysäytetty.
Tiivisteet, elastomeerit ja voiteluaineet: suojaa lämpötilalta, öljy-/happokontaminaatiolta ja kiintoaineilta.
Jokaisella kappaleella on vikatilat. Esimerkiksi staattorin elastomeerien palaminen johtuu lämpökierrosta tai kemiallisesta yhteensopimattomuudesta; kardaanitapit kuluvat värähtelevien kuormien alla; ja laakeripaketit rikkoutuvat roskien tunkeutumisen tai riittämättömän aksiaalikapasiteetin vuoksi. Näiden tilojen ymmärtäminen mahdollistaa älykkäämpiä parametriikkunoita ja riskienhallintaa.
Kaatopaikan kokoonpanoosa
Kaatopaikkakokoonpano on moottorin luotettavuuden tuntematon sankari. Sen tehtävänä on tarjota reitti porausnesteelle, kun pumpun paine häviää (esim. kytkennän aikana), mikä estää tyhjiön aiheuttamat vauriot ja paineen juuttumisen moottorin sisään. Hyvin suunniteltu tyhjennyskokoonpano auttaa välttämään eron tarttumista ja suojaa tiivisteitä tasaamalla sisäisen ja ulkoisen paineen. Tyypillisiä ominaisuuksia ovat:
Takaisinvirtausolosuhteissa avautuvat takaiskuventtiilit tai jousikuormitetut lautaset.
Virtauskanavat on mitoitettu estämään liialliset painepiikit sulkeutumisen yhteydessä.
Eroosionkestävät materiaalit kestämään hankaavia pistokkaita.
Toiminnalliset edut:
Mahdollistaa nopeat ja turvalliset liitännät vähentämällä moottorin isku-/ylijännitevaikutuksia.
Vähentää staattorin irtoamisen riskiä estämällä käänteiset painepiikit.
Pidentää laakerien ja tiivisteiden käyttöikää välttämällä paineen juuttumista pumppujen pyöriessä.
Valintanäkökohdat:
Yhteensopivuus runsaasti kiintoainepitoisia nesteitä sisältävien nesteiden kanssa.
Eroosionopeus odotetulla virtausnopeudella.
Huollon saavutettavuus ja kenttähuollettavuus.
Tietopiste: Liuskealtaissa tehdyt kenttätutkimukset osoittavat, että moottoreilla, joissa on optimoidut tyhjennyskokoonpanot, on 8–15 % pidempi keskimääräinen käyttötunti, mikä johtuu alhaisemmista tiivisteiden rikkoutumisesta ja vähemmän paineisiin liittyvistä tapahtumista liitosten aikana.
Moottori
Poistoreiän moottorin ytimessä on voimaosa, joka koostuu teräksestä kierteisestä roottorista ja elastomeerilla vuoratusta staattorista. Roottori-staattori-pari muodostaa progressiivisia onteloita. Kun porausneste virtaa, näiden onteloiden poikki muodostuu paine-ero, joka synnyttää pyörimisen. Geometria ilmaistaan ??lohkoina (esim. 4:5, 5:6, 7:8). Enemmän keiloja tuottaa yleensä suuremman vääntömomentin pienemmällä kierrosluvulla, kun taas vähemmän keiloja tuottaa suuremman kierrosluvun pienemmällä vääntömomentilla.
Tärkeimmät suunnitteluparametrit:
Keilan konfiguraatio: Määrittää vääntömomentti-nopeuskäyrän. Korkealohkoiset moottorit sopivat koville muodostelmille ja vääntömomenttia vaativille PDC-kärille; matalalohkoiset moottorit ovat loistavia pehmeissä muodostelmissa, jotka tarvitsevat korkeamman kierrosluvun.
Staattorin pituus ja nousu: Pidemmät tehoalueet tarjoavat enemmän vääntömomenttia, mutta lisäävät painehäviötä ja pituutta.
Elastomeerityyppi: Korkean lämpötilan hydrattu nitriili (HNBR) ja perfluorielastomeerit (FFKM) kestävät lämpöhajoamista ja öljyn turpoamista; standardi NBR toimii viileämmässä, vesipohjaisessa ympäristössä.
Roottorin pinnoite: Kromi- tai volframikarbidipinnoitteet vähentävät kulumista ja ylläpitävät tiivistystehokkuutta.
Tyypilliset suorituskykyalueet:
Lähtö RPM: 50–300 RPM riippuen keilojen määrästä ja virtausnopeuksista.
Vääntömomentti: 1000–12000 ft-lbf koosta (esim. 4,75', 6,75', 8') ja keilan geometriasta riippuen.
Paine-ero tehoalueella: 200–900 psi keskialueen malleissa, korkeampi korkean vääntömomentin versioissa.
Katseluhäiriöt:
Staattorin palaminen tai irtoaminen lämmön/kemian vuoksi.
Roottorin kuluminen aiheuttaa vääntömomentin menetystä ja lisää luistoa.
Lämpöero roottorin ja staattorin välillä, mikä johtaa pysähtymiseen korkealla BHT:lla.
Parametrien ikkunointi:
Säilytä virtausnopeudet toimittajakaavioissa kierrosluvun/vääntömomentin tasapainon säilyttämiseksi.
Aseta moottorin suurin dP 80–90 %:iin nimellispysäytyspaineesta tasatilan porauksen aikana.
seurata lämpötilaa; pienennä vääntömomenttikäyrät yli 150 °C:ssa, ellei käytetä korkean lämpötilan elastomeerejä.
Kardaani akseli
Kardaaniakseli, jota joskus kutsutaan yleisnivelkokoonpanoksi, siirtää roottorin liikkeen taivutetun kotelon kautta voimansiirtoakselille samalla kun se kompensoi kohdistusvirheitä. Suuntakokoonpanossa kotelo voi olla taivutettu 1–3 astetta, jolloin moottorin lähtöakseli poikkeaa poranauhan akselista. Kardaani mahdollistaa tämän geometrian aiheuttamatta taivutusmomentteja, jotka muutoin vahingoittaisivat voimaosaa tai laakereita.
Suunnitteluelementit:
Kaksi U-niveltä tai vakionopeusliitosparia tasapainottamaan nopeuden vaihteluita.
Rasvapakatut, painekompensoidut kotelot suojaavat tappeja ja holkkeja.
Erittäin lujat metalliseostapit pintakäsittelyillä (esim. nitraus) kulutuskestävyyden takaamiseksi.
Kompromissit:
Yksinkertaiset U-nivelet ovat kestäviä ja helppohoitoisia, mutta ne aiheuttavat vääntömomentin aaltoilua.
CV-tyyliset liitokset tasaavat pyörimistä, mutta voivat olla monimutkaisempia ja herkempiä voitelun laadulle.
Yleisiä ongelmia:
Tappien/holkkien kuluminen lisää välystä ja työkalupinnan epävakautta.
Tiivistevauriot, jotka johtavat voiteluaineen häviämiseen ja nopeaan liitoksen hajoamiseen.
Väsymys kovan jalan vaikeusasteella yhdistettynä korkeisiin kierroksiin ja WOBiin.
Parhaat käytännöt:
Pidä liukuporauksen kierrosluku vaatimattomana; anna porausreiän moottorin tehdä työnsä minimoiden samalla pinnan kierrosluku.
Käytä reaaliaikaisia ??MWD-isku/värähtelytietoja nivelresonanssiolosuhteiden havaitsemiseen.
Tarkista ajojen väliset liitokset; vaihda mitatuilla kulumisrajoilla katastrofaalisen vian estämiseksi.
Voimansiirtoakseli
Voimansiirtoakseli, jota joskus kutsutaan käyttöakseliksi, tuottaa vääntömomentin ja kuljettaa aksiaalisia ja radiaalisia kuormia moottorista terälle. Sen eheys sanelee suurelta osin, kuinka paljon painoa (WOB) voit käyttää tinkimättä laakereista tai tiivisteistä.
Ydinelementit:
Painelaakeripaketti: Koostuu pinotuista kulmakosketuslaakereista tai PDC-painetyynyistä, jotka absorboivat aksiaaliset kuormat WOB- ja teräreaktioista.
Radiaalilaakerit: Vakauta akseli pyörteiden minimoimiseksi ja tiivisteiden suojaamiseksi.
Mekaaniset tiivisteet: Pidä voiteluaine sisällä ja porausneste poissa; voi käyttää painetta kompensoivia mäntiä tasapainottamaan sisäistä öljyä mutahydrostaattisen paineen kanssa.
Joustava akseliosa: Joissakin malleissa joustava osa auttaa irrottamaan taivutusjännitykset.
Kuorman hallinta:
Aksiaalisen kuormituksen tulisi ylittää suunniteltu WOB marginaalilla (esim. 20–30 %), jotta voidaan ottaa huomioon ohimenevät piikit pysähtymisen aikana.
Radiaalisen kuormituksen on kestettävä terän aiheuttamat sivuvoimat, erityisesti aggressiivisilla PDC-leikkureilla korkeilla jaloilla.
Voitelu:
Öljytäytetyt, suljetut moduulit vähentävät kulumista; viskositeetin ja lisäainepakkausten tulee sopia lämpötilaan.
Roskien poissulkeminen labyrinttitiivisteiden ja magneettisten kerääjien avulla parantaa käyttöikää korkea-kiintoainepitoisessa mudassa.
Valvonta:
Johtopäätös
Poistoreikämoottori ei ole hyödyke – se on viritetty järjestelmä, jonka suorituskyky perustuu voimaosan geometriaan, elastomeerikemiaan, akselikytkimiin, laakereihin ja älykkääseen nesteenhallintaan. Oikealla yhdistelmällä käyttäjät voivat avata korkeamman ROP:n, tarkemman suunnanhallinnan ja vähemmän matkoja, mikä vähentää jalkakohtaisia ??kustannuksia ja porauspäiviä.
Tehokkaimmat ohjelmat käsittelevät porausreiän moottoria tietotuotteena. Kalibroi vääntömomentti-nopeuskäyrät, tarkkaile paine-eroa, lokipysähdyksiä ja iskutapahtumia ja iteroi elastomeerien valintaa mutakemian ja pohjareiän lämpötilan perusteella. Yhdistä nämä käytännöt kestäviin tyhjennysasennelmiin, kestäviin nivelakseleisiin ja oikein mitoitettuihin voimansiirtoakseleihin, niin parannat materiaalia huomattavasti ajoa ja NPT:tä kohti.
UKK
K: Mikä on reikämoottori?
V: Porareikämoottori on syrjäytysmoottori, jota käytetään pohjareiän kokoonpanossa porausnesteen energian muuntamiseksi mekaaniseksi pyörimiseksi terässä. Se mahdollistaa korkeamman ROP:n ja suuntasäädön.
K: Miten keilan määrä vaikuttaa suorituskykyyn?
V: Suuremmat keilojen määrät tarjoavat yleensä enemmän vääntömomenttia pienemmillä kierrosluvuilla, mikä on hyödyllistä kovissa muodostelmissa. Pienemmät lohkot tarjoavat suuremman kierrosluvun pienemmällä vääntömomentilla, paremmin pehmeämmissä muodostelmissa.
K: Miksi kaatopaikkakokoonpano on tärkeä?
V: Se estää paineen juuttumisen ja alipainevaurion pumpun pysähtyessä, suojaa tiivisteitä ja elastomeerejä ja vähentää NPT:tä liitosten aikana.
K: Mikä aiheuttaa moottorin pysähtymisen?
V: Liiallinen WOB tai äkillinen bitin kiinnittyminen voi ylittää jumiutumismomentin. Liian lähellä maksimipaine-eroa käyttäminen lisää jumiutumisriskiä.
K: Kuinka voin pidentää moottorin käyttöikää?
V: Seuraa parametriikkunoita, valitse oikea elastomeeri lämpötilalle ja mutakemialle, tarkkaile dP:tä ja vääntömomenttia sekä huolla laakereita ja niveliä aikataulussa.
K: Mitkä ovat yleiset vikatilat?
V: Staattorin palaminen, roottorin kuluminen, kardaanitapin/holkin kuluminen, tiivistevauriot ja laakerin kuluminen roskien tai lämpöjännityksen vuoksi.
K: Milloin minun pitäisi valita korkean lämpötilan elastomeeri?
V: Kun staattinen tai kiertävä pohjareiän lämpötila ylittää noin 150 °C (300 °F) tai kun öljypohjainen muta saattaa turvota tavallisia nitriilielastomeeriä.
K: Voidaanko porausreikämoottoreita käyttää pyörivien ohjattavien järjestelmien (RSS) kanssa?
V: Kyllä. Moottoroitu RSS yhdistää moottorin RSS-työkalun kanssa korkean ROP:n ja erinomaisen liikeradan hallinnan yhdistämiseksi, erityisesti pitkillä lateraalisilla reiteillä.
K: Kuinka yhdistän moottorin terääni?
V: Käytä myyjän vääntömomentti-nopeuskaavioita ja bittien aggressiivisuutta kohdistaaksesi käyttöikkunaan, jossa vääntömomentti on riittävä ilman toistuvia jumituksia ja kierrosluku sopii leikkurin kestävyyteen.
