Paano kung ang isang solong sangkap sa iyong ilalim-hole assembly ay maaaring putulin ang iyong oras ng pagbabarena sa pamamagitan ng dobleng porsyento na porsyento habang pinapabuti ang kontrol ng direksyon at pagbabawas ng hindi produktibong oras? Iyon ang pangako - at ang hamon - ng modernong downhole motor. Sa kabila ng mga dekada ng paggamit, ang downhole motor ay nagpapanatili ng muling pagsasaayos ng sarili na may mas mataas na metalikang kuwintas, mas mahusay na mga elastomer, at mas matalinong telemetry, ginagawa itong sentro sa mataas na pagganap ng pagbabarena sa masikip na mga bintana, mahabang pag-ilid, at nakasasakit na mga form.
Ang pangunahing mensahe ng artikulong ito ay simple: ang downhole motor ay nananatiling pangunahing driver ng rate ng pagtagos (ROP) at kontrol ng tilapon sa parehong maginoo at hindi sinasadyang mga balon. Gayunpaman, hindi lahat ng mga motor ay nilikha pantay, at ang halaga na kinuha mo ay nakasalalay sa pag-unawa sa mga trade-off ng disenyo, kalidad ng sangkap, at mga parameter ng pagpapatakbo.
Sa post na ito, malalaman mo kung paano gumagana ang isang downhole motor, kung ano ang nag-aambag ng bawat sangkap sa pagganap, kung paano tumugma sa mga pagtutukoy ng motor sa iyong geology at mahusay na mga layunin, at kung paano i-benchmark ang mga nagtitinda na may mga paghahambing na hinihimok ng data.
Key takeaway
Ang isang downhole motor ay nagbabago ng pagbabarena ng likido na hydraulic energy sa mekanikal na pag -ikot, na nagpapagana ng mas mataas na ROP at superyor na kontrol ng direksyon, lalo na sa slide drilling at motorized RSS.
Ang optimal na pagpili ay nakasalalay sa stator/rotor geometry, mga curves ng bilis ng metalikang kuwintas, kimika ng elastomer, at ang integridad ng mga asembleya tulad ng dump assembly, cardan shaft, at paghahatid ng baras.
Ang mga windows windows na pinamunuan ng data (daloy, presyon ng pagkakaiba-iba, pag-load ng bit, WOB, RPM) at mga digital diagnostic ay nagbabawas ng mga stall ng motor, chunking, at mga pagkabigo sa elastomer.
Ang mga bagong materyales at telemetry ay nagbibigay-daan sa mas matagal na pagtakbo, mas mataas na average na metalikang kuwintas, at mas kaunting mga biyahe, na bumababa ng cost-per-foot at pangkalahatang araw ng pagbabarena.
Downhole motor
A Ang Downhole Motor ay isang positibong pag -aalis ng motor (PDM) na gumagamit ng pagbabarena ng likido upang paikutin ang isang drive shaft na konektado sa bit. Ang motor ay nakaupo sa ilalim-hole assembly (BHA) at maaaring oriented na may isang liko para sa kontrol ng direksyon. Hindi tulad ng rotary table o top drive rotation nag -iisa, ang isang downhole motor ay gumagawa ng kaunting pag -ikot na independiyenteng ng drillstring RPM. Ang pagkabulok na ito ay isang malaking kadahilanan kung bakit ang mga modernong direksyon ng pagbabarena ay maaaring mapanatili ang mataas na lubid habang ang pagpipiloto sa loob ng masikip na mga limitasyon ng kalubhaan ng dogleg.
Sa klasikong anyo nito, ang downhole motor ay binubuo:
Isang seksyon ng kuryente (stator at rotor) na nagko -convert ng presyon ng likido sa metalikang kuwintas at RPM.
Ang isang mekanikal na link (madalas na isang cardan shaft o unibersal na magkasanib na sistema) na naglilipat ng pag -ikot sa isang baluktot na pabahay nang walang labis na mga stress sa misalignment.
Ang isang tindig na pagpupulong at paghahatid ng baras na nagdadala ng mga axial at radial na naglo -load at naghahatid ng metalikang kuwintas sa bit.
Mga sangkap na pansamantalang tulad ng isang dump Assembly upang ligtas na mag -alis ng likido sa panahon ng mga koneksyon o kapag ang mga bomba ay naka -off.
Sa pamamagitan ng disenyo, ang downhole motor ay nagtatagumpay sa mga sitwasyon kung saan:
Ang maayos na landas ay nangangailangan ng madalas na slide drilling o tumpak na mga rate ng build/turn.
Ang mga mahirap na pormasyon ay nangangailangan ng mas mataas na metalikang kuwintas sa mas mababang RPM upang maiwasan ang pagsusuot ng pamutol.
Ang mga mahabang lateral ay nakikinabang mula sa pagbabawas ng ibabaw ng RPM upang limitahan ang pagkapagod ng drillstring.
Ang mga pangunahing tagapagpahiwatig ng pagganap (KPI) para sa isang downhole motor ay kasama ang:
Metalikang kuwintas sa bit (nakasalalay sa pagkakaiba -iba ng presyon sa buong seksyon ng kuryente).
Ang output ng motor RPM (pag -andar ng rate ng daloy at geometry ng lobe).
Stall metalikang kuwintas at pag -uugali ng stall (kung paano ito humahawak ng labis na karga at kung paano ito nababawi).
Nagdadala ng buhay at pagpaparaya sa temperatura (lalo na kritikal sa mga balon ng high-bht).
Pangkalahatang footage bawat pagtakbo at oras sa pagitan ng mga pull.
Mga sangkap ng Downhole Motors
Upang pumili o magpapatakbo ng isang downhole motor na epektibo, nakakatulong ito upang maunawaan kung ano ang nag -aambag ng bawat pangunahing sangkap:
Seksyon ng Power (Stator + Rotor): Natutukoy ang kapasidad ng metalikang kuwintas, saklaw ng bilis, at paglaban sa thermal.
Bend o nababagay na pabahay: Itinatakda ang pag -uugali ng toolface at makakamit ang kalubhaan ng dogleg.
Cardan o Drive Shaft Couplings: Flexibly magpadala ng metalikang kuwintas sa pamamagitan ng maling pag -aalsa.
Transmission shaft at bearing pack: Magdala ng axial load (WOB) at mga radial na naglo -load habang nagbubuklod ng mga pampadulas.
Dump Assembly: Kinokontrol ang ligtas na likidong bypass kapag tumigil ang mga bomba.
Mga seal, elastomer, at pampadulas: Protektahan laban sa temperatura, kontaminasyon ng langis/acid, at solido.
Ang bawat piraso ay may mga mode ng pagkabigo. Halimbawa, ang stator elastomer chunking ay lumitaw mula sa thermal cycling o hindi pagkakatugma sa kemikal; Ang Cardan Pins ay nagsusuot sa ilalim ng mga pag -oscillating na naglo -load; at ang mga pack ng tindig ay nabigo mula sa paglusot ng mga labi o hindi sapat na kapasidad ng ehe. Ang pag -unawa sa mga mode na ito ay nagbibigay -daan sa mas matalinong mga bintana ng parameter at mga kontrol sa peligro.
Seksyon ng Dump Assembly
Ang Dump Assembly ay ang unsung bayani ng pagiging maaasahan ng motor. Ang trabaho nito ay upang magbigay ng isang landas para sa pagbabarena ng likido kapag nawala ang presyon ng bomba (halimbawa, sa panahon ng isang koneksyon), na pumipigil sa pagkasira ng vacuum na sapilitan at presyon ng pag-trap sa loob ng motor. Ang isang mahusay na engineered dump assembly ay tumutulong na maiwasan ang pagkakaiba-iba ng pagdikit at pinoprotektahan ang mga seal sa pamamagitan ng pagkakapantay-pantay sa panloob at panlabas na presyon. Kasama sa mga karaniwang tampok ang:
Suriin ang mga balbula o mga poppet na puno ng tagsibol na nakabukas sa ilalim ng mga kondisyon ng backflow.
Ang mga channel ng daloy upang maiwasan ang labis na presyon ng mga spike sa shut-in.
Mga materyales na lumalaban sa erosion upang mabuhay ang mga nakasasakit na pinagputulan.
Mga benepisyo sa pagpapatakbo:
Pinapayagan ang mabilis, ligtas na mga koneksyon sa pamamagitan ng pagpapagaan ng mga epekto ng swab/surge sa motor.
Binabawasan ang panganib ng stator delamination sa pamamagitan ng pagpigil sa reverse pressure spike.
Nagpapalawak ng buhay at selyo ng buhay sa pamamagitan ng pag -iwas sa nakulong na presyon kapag pumps cycle.
Mga pagsasaalang -alang sa pagpili:
Pagiging tugma na may mataas na solidong likido.
Ang rate ng pagguho sa inaasahang bilis ng daloy.
Pag -access sa Maintenance at Serviceability ng Field.
Data Point: Ang mga pag-aaral sa patlang sa buong mga basin ng shale ay nagpapakita ng mga motor na may na-optimize na mga asembleya ng dump na nagpapakita ng 8-15% na mas mahabang average na oras ng pagtakbo, na hinihimok ng mas mababang mga rate ng pagkabigo ng selyo at mas kaunting mga kaganapan na may kaugnayan sa presyon sa mga koneksyon.
Motor
Sa gitna ng downhole motor ay ang seksyon ng kuryente, na binubuo ng isang bakal na helical rotor at isang stator na may linya na elastomer. Ang pares ng rotor -stator ay bumubuo ng mga progresibong lukab. Kapag dumadaloy ang likido ng pagbabarena, ang mga form ng pagkakaiba -iba ng presyon sa mga lukab na ito, na bumubuo ng pag -ikot. Ang geometry ay ipinahayag sa lobes (hal. 4: 5, 5: 6, 7: 8). Ang mas maraming mga lobes sa pangkalahatan ay nagbubunga ng mas mataas na metalikang kuwintas sa mas mababang RPM, habang ang mas kaunting mga lobes ay nagbibigay ng mas mataas na RPM sa mas mababang metalikang kuwintas.
Mga pangunahing parameter ng disenyo:
Pag-configure ng Lobe: Natutukoy ang curve ng bilis ng metalikang kuwintas. Ang mga high-lobe motor ay angkop sa mga hard formations at PDC bits na nangangailangan ng metalikang kuwintas; Ang mga motor na low-lobe ay higit sa mga malambot na pormasyon na nangangailangan ng mas mataas na RPM.
Haba ng Stator at Pitch: Ang mas mahahabang mga seksyon ng kuryente ay nagbibigay ng mas maraming metalikang kuwintas ngunit dagdagan ang pagbagsak ng presyon at haba.
Uri ng elastomer: high-temperatura hydrogenated nitrile (HNBR) at perfluoroelastomer (FFKM) lumaban sa thermal marawal na kalagayan at swell ng langis; Ang standard na NBR ay gumagana sa mas cool, mga kapaligiran na batay sa tubig.
Rotor Coating: Ang Chrome o Tungsten Carbide Coatings ay nagbabawas ng pagsusuot at mapanatili ang kahusayan ng sealing.
Karaniwang saklaw ng pagganap:
Output RPM: 50–300 rpm depende sa bilang ng lobe at mga rate ng daloy.
Torque: 1,000–12,000 ft-lbf depende sa laki (hal. 4.75 ', 6.75 ', 8 ') at geometry ng lobe.
Pagkakaiba-iba ng presyon sa buong seksyon ng kapangyarihan: 200-900 psi para sa mga disenyo ng midrange, mas mataas para sa mga variant ng high-torque.
Mga mode ng pagkabigo upang panoorin:
Stator chunking o debonding dahil sa init/kimika.
Rotor wear na nagdudulot ng pagkawala ng metalikang kuwintas at pagtaas ng slippage.
Thermal mismatch sa pagitan ng rotor at stator na humahantong sa mga kuwadra sa mataas na BHT.
Windowing ng parameter:
Panatilihin ang mga rate ng daloy sa loob ng mga tsart ng vendor upang mapanatili ang balanse ng RPM/metalikang kuwintas.
Itakda ang maximum na DP sa buong motor hanggang 80-90% ng na-rate na presyon ng stall sa panahon ng matatag na estado ng pagbabarena.
Subaybayan ang temperatura; Derate torque curves sa itaas ng 300 ° F (150 ° C) maliban kung gumagamit ng mga high-temp elastomer.
Cardan Shaft
Ang cardan shaft, kung minsan ay tinatawag na unibersal na magkasanib na pagpupulong, ay isinasalin ang paggalaw ng rotor sa pamamagitan ng isang baluktot na pabahay sa paghahatid ng baras habang binabayaran ang maling pag -aalsa. Sa isang direksyon ng pagpupulong, ang pabahay ay maaaring baluktot 1-3 degree, na nagiging sanhi ng axis ng output ng motor mula sa axis ng drillstring. Pinapayagan ng baras ng Cardan ang geometry na ito nang hindi nagpapataw ng mga baluktot na sandali na kung hindi man masisira ang seksyon ng kapangyarihan o mga bearings.
Mga Elemento ng Disenyo:
Dual u-joint o pare-pareho-bilis na magkasanib na mga pares upang balansehin ang bilis ng pagbabagu-bago.
Ang mga naka-pack na grasa, mga housings na may bayad na presyon upang maprotektahan ang mga pin at bushings.
Mataas na lakas na haluang metal na may paggamot sa ibabaw (halimbawa, nitriding) para sa paglaban sa pagsusuot.
Mga trade-off:
Ang mas simpleng U-joint ay matatag at madaling serbisyo ngunit ipakilala ang metalikang kuwintas.
Ang mga kasukasuan ng estilo ng CV ay makinis na pag-ikot ngunit maaaring maging mas kumplikado at sensitibo sa kalidad ng pagpapadulas.
Mga karaniwang isyu:
Ang pagsusuot ng pin/bushing na nagdudulot ng pagtaas ng kawalang -tatag ng backlash at toolface.
Mga pagkabigo sa selyo na humahantong sa pagkawala ng pampadulas at mabilis na magkasanib na pagkasira.
Ang pagkapagod sa mataas na kalubhaan ng dogleg na sinamahan ng mataas na RPM at WOB.
Pinakamahusay na kasanayan:
Panatilihin ang slide drilling RPM katamtaman; Hayaan ang downhole motor na gawin ang trabaho habang binabawasan ang ibabaw RPM.
Gumamit ng real-time na data ng MWD shock/panginginig ng boses upang makita ang magkasanib na mga kondisyon ng resonance.
Suriin ang mga kasukasuan sa pagitan ng mga tumatakbo; Palitan ang sinusukat na mga threshold ng pagsusuot upang maiwasan ang pagkabigo sa sakuna.
Transmission Shaft
Ang paghahatid ng baras, kung minsan ay tinatawag na drive shaft, naghahatid ng metalikang kuwintas at nagdadala ng mga axial at radial na naglo -load mula sa motor hanggang sa bit. Ang integridad nito ay higit sa lahat ay nagdidikta kung magkano ang weight-on-bit (WOB) maaari kang mag-aplay nang hindi nakompromiso ang mga bearings o seal.
Mga elemento ng pangunahing:
Thrust Bearing Package: Binubuo ng mga nakasalansan na angular-contact bearings o PDC thrust pads upang sumipsip ng mga axial load mula sa WOB at bit reaksyon.
Radial bearings: Patatagin ang baras upang mabawasan ang whirl at protektahan ang mga seal.
Mga mekanikal na seal: Panatilihin ang pampadulas at pagbabarena ng likido; Maaaring gumamit ng mga piston na nagbibigay ng presyon upang balansehin ang panloob na langis na may presyon ng hydrostatic na putik.
Flex Shaft Portion: Sa ilang mga disenyo, ang isang nababaluktot na seksyon ay tumutulong sa pag -decouple ng mga baluktot na stress.
Pamamahala ng pag -load:
Ang mga rating ng pag -load ng axial ay dapat lumampas sa nakaplanong WOB sa pamamagitan ng margin (halimbawa, 20-30%) upang mapaunlakan ang mga lumilipas na spike sa panahon ng mga kuwadra.
Ang kapasidad ng pag-load ng radial ay dapat hawakan ang mga puwersa na sapilitan sa gilid, lalo na sa mga agresibong cutter ng PDC sa mataas na doglegs.
Lubrication:
Ang puno ng langis, selyadong mga module ay nagbabawas ng pagsusuot; Ang lagkit at additive packages ay dapat umangkop sa temperatura.
Ang pagbubukod ng Debris sa pamamagitan ng mga labyrinth seal at magnetic collectors ay nagpapabuti sa buhay sa mga high-solids na putik.
Pagsubaybay:
Ang lagda ng metalikang kuwintas at pagbabagu -bago ng DP ay nagbubunyag ng pagkasira ng tindig.
Ang pagtaas ng temperatura sa pabahay ng motor ay nagpapahiwatig ng friction ng selyo o pagpapadulas ng pampadulas.
Konklusyon
Ang isang downhole motor ay hindi isang kalakal - ito ay isang nakatutok na sistema na ang pagganap ay nagmula sa geometry section geometry, elastomer chemistry, shaft couplings, bearings, at smart fluid management. Gamit ang tamang kumbinasyon, ang mga operator ay maaaring i -unlock ang mas mataas na ROP, mas pinong kontrol ng direksyon, at mas kaunting mga paglalakbay, pagbabawas ng gastos sa bawat paa at mga araw ng pagbabarena.
Ang pinaka -epektibong programa ay tinatrato ang downhole motor bilang isang produkto ng data. I-calibrate ang mga curves na bilis ng metalikang kuwintas, subaybayan ang pagkakaiba-iba ng presyon, mga log stall at mga kaganapan sa pagkabigla, at umulit sa pagpili ng elastomer sa pamamagitan ng kimika ng putik at temperatura ng ilalim ng butas. Pagsamahin ang mga kasanayang ito sa matatag na mga pagtitipon ng dump, matibay na cardan shafts, at maayos na na -rate ang mga shaft ng paghahatid, at materyal na mapapabuti mo ang footage bawat run at NPT.
FAQS
Q: Ano ang isang downhole motor?
A: Ang isang downhole motor ay isang positibong pag-aalis ng motor na ginamit sa pagpupulong sa ilalim-hole upang mai-convert ang enerhiya ng pagbabarena ng likido sa mekanikal na pag-ikot nang kaunti. Pinapayagan nito ang mas mataas na ROP at direksyon na kontrol.
Q: Paano nakakaapekto ang pagganap ng mga bilang ng lobe?
A: Ang mas mataas na bilang ng lobe sa pangkalahatan ay nagbibigay ng mas maraming metalikang kuwintas sa mas mababang RPM, kapaki -pakinabang sa mga mahirap na pormasyon. Ang mga mas mababang bilang ng lobe ay nagbibigay ng mas mataas na RPM sa mas mababang metalikang kuwintas, mas mahusay sa mga mas malambot na pormasyon.
T: Bakit mahalaga ang pagpupulong ng dump?
A: Pinipigilan nito ang presyon ng pag -trap at pinsala sa vacuum kapag huminto ang mga bomba, pinoprotektahan ang mga seal at elastomer, at binabawasan ang NPT sa panahon ng mga koneksyon.
Q: Ano ang sanhi ng mga stall ng motor?
A: Ang labis na WOB o biglaang pakikipag -ugnay ay maaaring lumampas sa metalikang kuwintas. Ang pagpapatakbo ng masyadong malapit sa maximum na pagkakaiba -iba ng presyon ay nagdaragdag ng panganib sa stall.
Q: Paano ko mapapalawak ang buhay ng motor?
A: Sundin ang mga bintana ng parameter, piliin ang tamang elastomer para sa temperatura at kimika ng putik, subaybayan ang DP at metalikang kuwintas, at mga bearings ng serbisyo at mga kasukasuan sa iskedyul.
T: Ano ang mga karaniwang mode ng pagkabigo?
A: Stator chunking, rotor wear, cardan pin/bushing wear, pagkabigo ng selyo, at pagdadala ng pagkasira dahil sa mga labi o thermal stress.
T: Kailan ako dapat pumili ng isang mataas na temperatura na elastomer?
A: Kapag ang static o nagpapalipat-lipat na mga temperatura ng butas na butas ay lumampas sa halos 300 ° F (150 ° C) o kapag ang mga putik na nakabatay sa langis na pamamaga ng pamamaga ay pamamaga ng pamamaga ng nitrile elastomer.
Q: Maaari bang magamit ang mga downhole motor na may rotary steerable system (RSS)?
A: Oo. Ang mga motor na RSS ay nagpares ng isang motor na may tool na RSS upang pagsamahin ang mataas na ROP na may mahusay na kontrol sa tilapon, lalo na sa mga mahabang pag -ilid.
Q: Paano ako tutugma sa isang motor sa aking bit?
A: Gumamit ng mga tsart ng bilis ng bilis ng vendor at bit agresibo upang ma-target ang isang window ng operating kung saan sapat ang metalikang kuwintas nang walang madalas na mga kuwadra, at ang RPM ay nababagay sa tibay ng pamutol.
