Kaj pa, ?e bi ena sama komponenta v va?em sklopu spodnje vrtine lahko skraj?ala ?as va?ega vrtalnega cikla za dvomestne odstotke, hkrati pa izbolj?ala krmiljenje smeri in zmanj?ala neproduktivni ?as? To je obljuba – in izziv – sodobnega vrtalnega motorja. Kljub desetletjem uporabe se vrtinski motor vedno znova razvija z vi?jim navorom, bolj?imi elastomeri in pametnej?o telemetrijo, zaradi ?esar je osrednjega pomena za visoko zmogljivo vrtanje v ozkih oknih, dolgih stranskih delih in abrazivnih formacijah.
Osrednje sporo?ilo tega ?lanka je preprosto: vrtinski motor ostaja glavno gonilo hitrosti penetracije (ROP) in nadzora poti v konvencionalnih in nekonvencionalnih vrtinah. Vendar niso vsi motorji ustvarjeni enaki in vrednost, ki jo pridobite, je odvisna od razumevanja konstrukcijskih kompromisov, kakovosti komponent in operativnih parametrov.
V tej objavi boste izvedeli, kako deluje vrtinski motor, kaj vsaka komponenta prispeva k zmogljivosti, kako uskladiti specifikacije motorja z va?o geologijo in cilji vrtine ter kako primerjati prodajalce s primerjavami na podlagi podatkov.
Klju? za s seboj
Motor v vrtini pretvarja hidravli?no energijo vrtalne teko?ine v mehansko vrtenje, kar omogo?a vi?ji ROP in vrhunsko krmiljenje smeri, zlasti pri drsnem vrtanju in motoriziranem RSS.
Optimalna izbira je odvisna od geometrije statorja/rotorja, krivulj navora in hitrosti, kemije elastomerov in celovitosti sklopov, kot so sklop odlagali??a, kardanska gred in menjalna gred.
Podatkovno vodena okna parametrov (pretok, diferen?ni tlak, bitna obremenitev, WOB, RPM) in digitalna diagnostika zmanj?ujejo zastoje motorja, drobljenje in okvare elastomerov.
Novi materiali in telemetrija omogo?ajo dalj?e vo?nje, ve?ji povpre?ni navor in manj potovanj, kar zmanj?uje ceno na ?evelj in skupno ?tevilo dni vrtanja.
Motor za vrtino
A vrtinski motor je motor s prostornino (PDM), ki uporablja vrtalno teko?ino za vrtenje pogonske gredi, povezane s svedrom. Motor je name??en v sklopu spodnje vrtine (BHA) in ga je mogo?e usmeriti z zavojem za krmiljenje smeri. V nasprotju s samim vrtenjem vrtljive mize ali zgornjega pogona vrtinski motor proizvaja vrtenje nastavka neodvisno od ?tevila vrtljajev vrtalne verige. To lo?evanje je velik razlog, zakaj lahko sodobno usmerjeno vrtanje vzdr?uje visok ROP med krmiljenjem v ozkih mejah resnosti izgiba.
V svoji klasi?ni obliki je vrtinski motor sestavljen iz:
Napajalni del (stator in rotor), ki pretvarja tlak teko?ine v navor in ?tevilo vrtljajev na minuto.
Mehanska povezava (pogosto kardanska gred ali kardanski zglobni sistem), ki prena?a vrtenje ?ez upognjeno ohi?je brez ?ezmernih napetosti neusklajenosti.
Le?ajni sklop in prenosna gred, ki prena?ata aksialne in radialne obremenitve ter prena?ata navor na sveder.
Pomo?ne komponente, kot je sklop za odlaganje teko?ine za varno odvajanje teko?ine med povezavami ali ko so ?rpalke izklopljene.
Po zasnovi vrtinski motor uspeva v situacijah, kjer:
Pot vrtine zahteva pogosto drsno vrtanje ali natan?ne stopnje gradnje/obrata.
Trde tvorbe potrebujejo ve?ji vrtilni moment nastavka pri ni?jih obratih, da se prepre?i obraba rezalnika.
Dolgi stranski deli imajo koristi od zmanj?anja povr?inskih vrtljajev na minuto za omejitev utrujenosti vrtalne verige.
Klju?ni kazalniki uspe?nosti (KPI) za motor v vrtini vklju?ujejo:
Navor na nastavku (odvisno od diferen?nega tlaka v mo?nostnem delu).
Izhodno ?tevilo vrtljajev motorja (funkcija pretoka in geometrije re?).
Navor pri zastoju in obna?anje pri zastoju (kako obravnava preobremenitev in kako se obnovi).
?ivljenjska doba le?aja in temperaturna toleranca (?e posebej kriti?na v vrtinah z visoko BHT).
Skupni posnetki na vo?njo in ure med vleki.
Sestavni deli vrtinjskih motorjev
?e ?elite u?inkovito izbrati ali upravljati vrtinski motor, pomaga razumeti, kaj prispeva vsaka glavna komponenta:
Mo?nostni del (stator + rotor): dolo?a zmogljivost navora, obmo?je vrtljajev in toplotni upor.
Upogibno ali nastavljivo ohi?je: nastavi obna?anje ploskve orodja in dosegljivo resnost izgiba.
Spojke kardanske ali pogonske gredi: pro?no prena?ajo navor z neusklajenostjo.
Prenosna gred in le?ajni paket: nosite aksialno obremenitev (WOB) in radialne obremenitve med tesnilnimi mazivi.
Sklop za odlaganje: krmili varen obvod teko?ine, ko so ?rpalke ustavljene.
Tesnila, elastomeri in maziva: ??itijo pred temperaturo, kontaminacijo z oljem/kislino in trdnimi snovmi.
Vsak kos ima na?ine okvare. Na primer, lomljenje statorskega elastomera nastane zaradi termi?nega kro?enja ali kemi?ne nezdru?ljivosti; obraba kardanskih zati?ev pod nihajo?imi obremenitvami; in le?ajni paketi odpovejo zaradi infiltracije drobirja ali neustrezne aksialne zmogljivosti. Razumevanje teh na?inov omogo?a pametnej?a okna parametrov in nadzor tveganja.
Oddelek za monta?o odlagali??a
Sklop odlagali??a je neopevani junak zanesljivosti motorja. Njegova naloga je zagotoviti pot za vrtalno teko?ino, ko se tlak ?rpalke izgubi (npr. med povezavo), s ?imer prepre?i po?kodbe, ki jih povzro?i vakuum, in ujetost tlaka v motorju. Dobro zasnovan sklop odlagali??a pomaga prepre?iti diferencialno lepljenje in ??iti tesnila z izena?evanjem notranjega in zunanjega tlaka. Tipi?ne lastnosti vklju?ujejo:
Nepovratni ventili ali vzmetne lopute, ki se odpirajo v pogojih povratnega toka.
Preto?ni kanali so dimenzionirani tako, da prepre?ujejo ?ezmerne skoke tlaka ob zaprtju.
Materiali, odporni na erozijo, za pre?ivetje abrazivnih rezov.
Operativne prednosti:
Omogo?a hitre in varne povezave z ubla?itvijo u?inkov brisa/napetosti v motorju.
Zmanj?uje tveganje razslojevanja statorja s prepre?evanjem vzvratnih skokov tlaka.
Podalj?a ?ivljenjsko dobo le?ajev in tesnil tako, da se izogne ??ujetemu tlaku med delovanjem ?rpalk.
Premisleki pri izbiri:
Zdru?ljivost s teko?inami z visoko vsebnostjo trdnih delcev.
Stopnja erozije pri pri?akovani hitrosti toka.
Dostopnost vzdr?evanja in servisiranje na terenu.
Podatkovna to?ka: terenske ?tudije v bazenih iz skrilavca ka?ejo, da imajo motorji z optimiziranimi odlagalnimi sklopi za 8–15 % dalj?e povpre?ne ure delovanja, kar je posledica ni?jih stopenj okvar tesnil in manj dogodkov, povezanih s tlakom med povezavami.
Motor
Srce motorja v vrtini je mo?nostni del, ki ga sestavljajo jekleni vija?ni rotor in stator, oblo?en z elastomerom. Par rotor-stator tvori progresivne votline. Ko te?e vrtalna teko?ina, se ?ez te votline tvori razlika v tlaku, ki povzro?a vrtenje. Geometrija je izra?ena v re?njih (npr. 4:5, 5:6, 7:8). Ve? re? na splo?no zagotavlja vi?ji navor pri ni?jih vrtljajih, medtem ko manj re? zagotavlja vi?je vrtljaje pri ni?jem navoru.
Klju?ni parametri zasnove:
Konfiguracija re?nja: Dolo?a krivuljo navora in hitrosti. Visokolo?ni motorji ustrezajo trdim formacijam in nastavkom PDC, ki zahtevajo navor; motorji z nizkim re?njem so odli?ni v mehkih formacijah, ki potrebujejo vi?je vrtljaje.
Dol?ina in korak statorja: dalj?i deli mo?i zagotavljajo ve? navora, vendar pove?ajo padec tlaka in dol?ino.
Vrsta elastomera: Visokotemperaturni hidrogenirani nitril (HNBR) in perfluoroelastomeri (FFKM) so odporni proti toplotni razgradnji in oljnemu nabrekanju; standardni NBR deluje v hladnej?ih okoljih na vodni osnovi.
Prevleka rotorja: prevleke iz kroma ali volframovega karbida zmanj?ajo obrabo in ohranjajo u?inkovitost tesnjenja.
Tipi?ni obsegi delovanja:
Izhodni vrtljaji na minuto: 50–300 vrtljajev na minuto, odvisno od ?tevila re?njev in hitrosti pretoka.
Navor: 1.000–12.000 ft-lbf, odvisno od velikosti (npr. 4,75', 6,75', 8') in geometrije re?.
Diferen?ni tlak v mo?nostnem delu: 200–900 psi za modele srednjega razreda, vi?ji za razli?ice z visokim navorom.
Na?ini napak, ki jih je treba spremljati:
Stator se razkosa ali odlepi zaradi toplote/kemije.
Obraba rotorja povzro?a izgubo navora in pove?ano zdrsavanje.
Toplotno neskladje med rotorjem in statorjem vodi do zastojev pri visoki BHT.
Okno parametrov:
Ohranite stopnje pretoka v grafikonih prodajalca, da ohranite ravnovesje vrtljajev/navora.
Med vrtanjem v stabilnem stanju nastavite najve?ji dP na motorju na 80–90 % nazivnega tlaka zastoja.
Spremljajte temperaturo; zni?ajte krivulje navora nad 300 °F (150 °C), razen ?e uporabljate visokotemperaturne elastomere.
Kardanska gred
Kardanska gred, v?asih imenovana sklop univerzalnega zgloba, prevaja gibanje rotorja skozi upognjeno ohi?je na gred menjalnika, medtem ko kompenzira neporavnanost. Pri usmerjenem sestavu je lahko ohi?je upognjeno za 1–3 stopinje, kar povzro?i, da se izhodna os motorja oddalji od osi vrtalne verige. Kardanska gred omogo?a to geometrijo brez nalaganja upogibnih momentov, ki bi druga?e po?kodovali pogonski del ali le?aje.
Oblikovalski elementi:
Dvojni U-zgib ali pari zglobov s konstantno hitrostjo za uravnote?enje nihanj hitrosti.
Ohi?ja, napolnjena z mastjo, s kompenzacijo tlaka za za??ito zati?ev in pu?.
Zati?i iz visoko trdne zlitine s povr?insko obdelavo (npr. nitriranje) za odpornost proti obrabi.
Kompromisi:
Preprostej?i U-zglobi so robustni in enostavni za vzdr?evanje, vendar povzro?ajo valovitost navora.
CV-zgibi gladko vrtijo, vendar so lahko bolj zapleteni in ob?utljivi na kakovost mazanja.
Pogoste te?ave:
Obraba zati?a/pu?e povzro?a pove?ano zra?nost in nestabilnost ploskve orodja.
Okvara tesnil, ki vodi do izgube maziva in hitre degradacije spoja.
Utrujenost pri mo?nem izgibu v kombinaciji z visokimi vrtljaji na minuto in WOB.
Najbolj?e prakse:
Naj bo ?tevilo vrtljajev drsnega vrtanja skromno; pustite, da motor v vrtini opravi delo, pri tem pa ?im bolj zmanj?a vrtljaje na minuto.
Uporabite podatke o sunkih/vibracijah MWD v realnem ?asu za odkrivanje pogojev resonance sklepov.
Preglejte spoje med vo?njami; zamenjajte pri izmerjenih pragovih obrabe, da prepre?ite katastrofalne okvare.
Prenosna gred
Prenosna gred, v?asih imenovana tudi pogonska gred, zagotavlja navor in prena?a aksialne in radialne obremenitve od motorja do nastavka. Njegova celovitost v veliki meri narekuje, koliko te?e na nastavku (WOB) lahko uporabite, ne da bi pri tem ogrozili le?aje ali tesnila.
Osnovni elementi:
Paket potisnih le?ajev: Sestavljen je iz zlo?enih le?ajev s kotnim kontaktom ali potisnih blazin PDC za absorbiranje aksialnih obremenitev zaradi WOB in reakcij bitov.
Radialni le?aji: Stabilizirajte gred za zmanj?anje vrtin?enja in za??ito tesnil.
Mehanska tesnila: zadr?ujejo mazivo v notranjosti in teko?ino za vrtanje zunaj; lahko uporablja bate za izravnavo tlaka za uravnote?enje notranjega olja s hidrostati?nim tlakom blata.
Upogibni del gredi: Pri nekaterih izvedbah upogljivi del pomaga razdru?iti upogibne napetosti.
Upravljanje obremenitve:
Ocene aksialne obremenitve morajo presegati na?rtovani WOB z rezervo (npr. 20–30 %), da se prilagodijo prehodnim konicam med zastoji.
Zmogljivost radialne obremenitve mora prenesti stranske sile, ki jih povzro?i bit, zlasti pri agresivnih rezilih PDC pri visokih izboklinah.
Mazanje:
Z oljem napolnjeni, zatesnjeni moduli zmanj?ujejo obrabo; viskoznost in paketi dodatkov morajo ustrezati temperaturi.
Izklju?itev odpadkov prek labirintnih tesnil in magnetnih zbiralnikov izbolj?a ?ivljenjsko dobo v blatu z visoko vsebnostjo trdnih snovi.
Spremljanje:
Zaklju?ek
Motor za vrtino ni blago – je prilagojen sistem, katerega zmogljivost izhaja iz geometrije mo?nostnega dela, kemije elastomerov, sklopk gredi, le?ajev in pametnega upravljanja teko?in. S pravo kombinacijo lahko operaterji odklenejo vi?ji ROP, natan?nej?i nadzor smeri in manj potovanj, kar zmanj?a stro?ke na nogo in dni vrtanja.
Najbolj u?inkoviti programi obravnavajo vrtinski motor kot podatkovni izdelek. Umerite krivulje navora in hitrosti, spremljajte diferen?ni tlak, zastoje in udarne dogodke ter ponovite izbiro elastomerov glede na kemijo blata in temperaturo na dnu vrtine. Zdru?ite te prakse z robustnimi sklopi odlagali??a, vzdr?ljivimi kardanskimi gredmi in pravilno ocenjenimi menjalnimi gredmi ter bistveno izbolj?ali posnetke na vo?njo in NPT.
pogosta vpra?anja
V: Kaj je vrtinski motor?
O: Motor za vrtanje je motor s pozitivnim odmikom, ki se uporablja v sklopu spodnje vrtine za pretvorbo energije vrtalne teko?ine v mehansko vrtenje na svedru. Omogo?a vi?ji ROP in nadzor smeri.
V: Kako ?tevilo re?njev vpliva na u?inkovitost?
O: Ve?je ?tevilo re? na splo?no zagotavlja ve? navora pri ni?jih obratih, kar je koristno pri trdih formacijah. Manj?e ?tevilo klinov zagotavlja vi?je vrtljaje pri ni?jem navoru, bolj?e pri mehkej?ih formacijah.
V: Zakaj je sklop odlagali??a pomemben?
O: Prepre?uje ujetje tlaka in po?kodbe vakuuma, ko se ?rpalke ustavijo, ??iti tesnila in elastomere ter zmanj?uje NPT med povezavami.
V: Kaj povzro?a zastoje motorja?
O: Prekomerni WOB ali nenaden vklop nastavka lahko prese?e navor zastoja. Delovanje preblizu najve?jega diferen?nega tlaka pove?a tveganje zastoja.
V: Kako lahko podalj?am ?ivljenjsko dobo motorja?
O: Sledite oknom parametrov, izberite pravi elastomer za temperaturo in kemijo blata, spremljajte dP in navor ter servisirajte le?aje in spoje po urniku.
V: Kateri so obi?ajni na?ini napak?
O: Sekanje statorja, obraba rotorja, obraba kardanskega zati?a/pu?e, okvare tesnil in degradacija le?aja zaradi ostankov ali toplotne obremenitve.
V: Kdaj naj izberem visokotemperaturni elastomer?
O: Ko stati?ne ali kro?ne temperature na dnu vrtine prese?ejo pribli?no 300 °F (150 °C) ali ko blato na osnovi nafte obstaja tveganje za nabrekanje standardnih nitrilnih elastomerov.
V: Ali se lahko vrtinski motorji uporabljajo z rotacijskimi krmilljivimi sistemi (RSS)?
O: Da. Motoriziran RSS zdru?uje motor z orodjem RSS za kombiniranje visokega vrtljaja vrtljajev z odli?nim nadzorom trajektorije, zlasti pri dolgih stranskih pregibih.
V: Kako prilagodim motor svojemu bitju?
O: Uporabite diagrame navora in hitrosti prodajalca ter agresivnost nastavkov, da ciljate na delovno okno, kjer je navor zadosten brez pogostih zastojev, vrtljaji na minuto pa ustrezajo vzdr?ljivosti rezalnika.
