Po sikur një komponent i vetëm në montimin tuaj të vrimës së poshtme mund të shkurtojë kohën e ciklit tuaj të shpimit me përqindje dyshifrore duke përmirësuar kontrollin e drejtimit dhe duke reduktuar kohën joproduktive? Ky është premtimi - dhe sfida - i motorit modern me gropë. Megjithë dekadat e përdorimit, motori me vrima e sipërme vazhdon të rikrijojë veten me çift rrotullues më të lartë, elastomerë më të mirë dhe telemetri më të zgjuar, duke e bërë atë qendror për shpimet me performancë të lartë në dritare të ngushta, anësore të gjata dhe formacione gërryese.
Mesazhi kryesor i këtij artikulli është i thjeshtë: motori i gropëzës mbetet një shtytës kryesor i shkallës së depërtimit (ROP) dhe kontrollit të trajektores si në puset konvencionale ashtu edhe në ato jokonvencionale. Megjithatë, jo të gjithë motorët janë krijuar të barabartë dhe vlera që nxirrni varet nga të kuptuarit e kompromiseve të projektimit, cilësisë së komponentëve dhe parametrave operacionalë.
Në këtë postim, do të mësoni se si funksionon një motor me gropë, çfarë kontribuon secili komponent në performancën, si të përputhen specifikimet e motorit me gjeologjinë tuaj dhe objektivat e pusit, dhe si të krahasoni shitësit me krahasime të bazuara në të dhëna.
Key Takeaway
Një motor me vrima e kthen energjinë hidraulike të lëngut të shpimit në rrotullim mekanik, duke mundësuar ROP më të lartë dhe kontroll më të lartë të drejtimit, veçanërisht në shpimin me rrëshqitje dhe RSS të motorizuar.
Zgjedhja optimale varet nga gjeometria e statorit/rotorit, kthesat e shpejtësisë së çift rrotullues, kimia e elastomerit dhe integriteti i montimeve si montimi i deponisë, boshti i kardanit dhe boshti i transmisionit.
Dritaret e parametrave të udhëhequr nga të dhënat (rrjedhja, presioni diferencial, ngarkesa e bitit, WOB, RPM) dhe diagnostifikimi dixhital reduktojnë bllokimet e motorit, copëzimin dhe dështimet e elastomerit.
Materialet e reja dhe telemetria lejojnë vrapime më të gjata, çift rrotullues mesatar më të lartë dhe më pak udhëtime, duke ulur koston për këmbë dhe ditët e përgjithshme të shpimit.
Motori me vrima
A motori me gropë është një motor me zhvendosje pozitive (PDM) që përdor lëng shpimi për të rrotulluar një bosht lëvizës të lidhur me bitin. Motori vendoset në montimin e vrimës së poshtme (BHA) dhe mund të orientohet me një kthesë për kontrollin e drejtimit. Ndryshe nga rrotullimi i tavolinës rrotulluese ose vetëm nga rrotullimi i makinës së sipërme, një motor me vrimë të poshtme prodhon rrotullim bit të pavarur nga RPM e telit të shpimit. Ky shkëputje është një arsye e madhe pse shpimi modern me drejtim mund të mbajë ROP të lartë gjatë drejtimit brenda kufijve të ngushtë të ashpërsisë së qenve.
Në formën e tij klasike, motori i vrimës përfshin:
Një seksion fuqie (statori dhe rotori) që konverton presionin e lëngut në çift rrotullues dhe RPM.
Një lidhje mekanike (shpesh një bosht kardani ose një sistem bashkimi universal) që transferon rrotullimin nëpër një strehë të përkulur pa sforcime të tepërta të devijimit.
Një montim mbajtëse dhe bosht transmisioni që bartin ngarkesa boshtore dhe radiale dhe jep çift rrotullues në bit.
Komponentët ndihmës të tillë si një montim hale për shkarkimin e sigurt të lëngut gjatë lidhjeve ose kur pompat janë të fikur.
Sipas dizajnit, motori i vrimës lulëzon në situata ku:
Shtegu i pusit kërkon shpime të shpeshta me rrëshqitje ose ritme të sakta ndërtimi/kthese.
Formacionet e forta kanë nevojë për çift rrotullues më të lartë në RPM më të ulët për të shmangur konsumimin e prerësit.
Anët e gjata përfitojnë nga reduktimi i RPM të sipërfaqes për të kufizuar lodhjen e telit të shpimit.
Treguesit kryesorë të performancës (KPI) për një motor me gropë përfshijnë:
Çift rrotullues në bit (varet nga diferenciali i presionit në të gjithë seksionin e fuqisë).
RPM e daljes së motorit (funksioni i shpejtësisë së rrjedhës dhe gjeometrisë së lobit).
Çift rrotullimi dhe sjellja e stallimit (si e trajton mbingarkimin dhe si e rikuperon).
Jetëgjatësia dhe toleranca ndaj temperaturës (veçanërisht kritike në puset me BHT të lartë).
Pamjet e përgjithshme për vrapim dhe orë ndërmjet tërheqjeve.
Komponentët e Motors Downhole
Për të zgjedhur ose përdorur në mënyrë efektive një motor me vrima, ndihmon për të kuptuar se çfarë kontribuon secili komponent kryesor:
Seksioni i fuqisë (stator + rotor): përcakton kapacitetin e çift rrotullues, diapazonin e shpejtësisë dhe rezistencën termike.
Strehimi i përkulur ose i rregullueshëm: përcakton sjelljen e faqes së veglës dhe ashpërsinë e arritshme të këmbëve.
Lidhje kardani ose boshti lëvizës: transmetoni në mënyrë fleksibël çift rrotullues përmes shtrembërimit.
Boshti i transmisionit dhe paketa mbajtëse: mbani ngarkesë boshtore (WOB) dhe ngarkesa radiale gjatë mbylljes së lubrifikantëve.
Montimi i deponisë: kontrollon anashkalimin e sigurt të lëngjeve kur pompat ndalen.
Mbylljet, elastomerët dhe lubrifikantët: mbrojnë kundër temperaturës, ndotjes me vaj/acid dhe lëndë të ngurta.
Çdo pjesë ka mënyra dështimi. Për shembull, copëtimi i elastomerit të statorit lind nga cikli termik ose papajtueshmëria kimike; veshin kunjat e kardanit nën ngarkesa lëkundëse; dhe paketat mbajtëse dështojnë nga depërtimi i mbeturinave ose kapaciteti i pamjaftueshëm boshtor. Kuptimi i këtyre mënyrave lejon dritare më inteligjente të parametrave dhe kontrolle të rrezikut.
Seksioni i montimit të deponisë
Asambleja e deponisë është heroi i pakënduar i besueshmërisë së motorit. Detyra e tij është të sigurojë një shteg për lëngun e shpimit kur presioni i pompës humbet (p.sh. gjatë një lidhjeje), duke parandaluar dëmtimin e shkaktuar nga vakuumi dhe bllokimin e presionit brenda motorit. Një montim i projektuar mirë ndihmon në shmangien e ngjitjes së diferencialit dhe mbron vulat duke barazuar presionin e brendshëm dhe të jashtëm. Karakteristikat tipike përfshijnë:
Kontrolloni valvulat ose valvulat me susta që hapen në kushte të kthimit.
Kanalet e rrjedhjes janë të përmasave për të parandaluar rritjet e presionit të tepërt gjatë mbylljes.
Materiale rezistente ndaj erozionit për t'i mbijetuar prerjeve gërryese.
Përfitimet operacionale:
Lejon lidhje të shpejta dhe të sigurta duke zbutur efektet e shtupës/rritjes në motor.
Zvogëlon rrezikun e shtrembërimit të statorit duke parandaluar goditjet e kundërta të presionit.
Zgjat jetën e kushinetave dhe vulosjes duke shmangur presionin e bllokuar kur pompat qarkullojnë.
Konsideratat e përzgjedhjes:
Pajtueshmëria me lëngje të ngarkuara me lëndë të ngurta.
Shkalla e erozionit me shpejtësinë e pritur të rrjedhës.
Aksesueshmëria e mirëmbajtjes dhe shërbimi në terren.
Pika e të dhënave: Studimet në terren nëpër pellgjet e argjilës tregojnë se motorët me montime të optimizuara të depozitave shfaqin 8-15% orë mesatare më të gjata të funksionimit, të nxitura nga normat më të ulëta të dështimit të vulosjes dhe më pak ngjarje të lidhura me presionin gjatë lidhjeve.
Motorri
Në zemër të motorit të vrimës është pjesa e fuqisë, e përbërë nga një rotor spirale çeliku dhe një stator i veshur me elastomer. Çifti rotor-stator formon zgavra progresive. Kur rrjedh lëngu i shpimit, formohet diferencial presioni nëpër këto zgavra, duke gjeneruar rrotullim. Gjeometria shprehet në lobe (p.sh., 4:5, 5:6, 7:8). Më shumë lobe përgjithësisht japin çift rrotullues më të lartë në RPM më të ulët, ndërsa më pak lobe ofrojnë RPM më të lartë në çift rrotullues më të ulët.
Parametrat kryesorë të projektimit:
Konfigurimi i lobit: Përcakton lakoren çift rrotullues-shpejtësi. Motorët me lobe të lartë i përshtaten formacioneve të forta dhe pjesëve PDC që kërkojnë çift rrotullues; motorët me lobe të ulët shkëlqejnë në formacionet e buta që kanë nevojë për RPM më të lartë.
Gjatësia dhe hapi i statorit: Seksionet më të gjata të fuqisë ofrojnë më shumë çift rrotullues, por rrisin rënien dhe gjatësinë e presionit.
Lloji i elastomerit: Nitrili i hidrogjenizuar me temperaturë të lartë (HNBR) dhe perfluoroelastomerët (FFKM) i rezistojnë degradimit termik dhe fryrjes së vajit; standardi NBR funksionon në mjedise më të ftohta me bazë uji.
Veshje e rotorit: Veshjet e kromit ose karabit tungsteni reduktojnë konsumin dhe ruajnë efikasitetin e vulosjes.
Gama tipike e performancës:
RPM dalëse: 50–300 RPM në varësi të numrit të lobeve dhe shpejtësive të rrjedhjes.
Çift rrotullues: 1,000–12,000 ft-lbf në varësi të madhësisë (p.sh., 4,75', 6,75', 8') dhe gjeometrisë së lobit.
Presioni diferencial në të gjithë seksionin e fuqisë: 200–900 psi për modelet e nivelit të mesëm, më i lartë për variantet me çift rrotullues të lartë.
Modalitetet e dështimit për të parë:
Copëzimi ose shkëputja e statorit për shkak të nxehtësisë/kimisë.
Konsumimi i rotorit duke shkaktuar humbje të çift rrotullues dhe rritje të rrëshqitjes.
Mospërputhja termike midis rotorit dhe statorit që çon në stalla në BHT të lartë.
Dritarja e parametrave:
Ruani normat e rrjedhës brenda grafikëve të shitësve për të mbajtur ekuilibrin RPM/çift rrotullues.
Vendosni dP maksimale në të gjithë motorin në 80–90% të presionit të vlerësuar të stallës gjatë shpimit në gjendje të qëndrueshme.
Monitorimi i temperaturës; zvogëloni kthesat e çift rrotullimit mbi 300°F (150°C) përveç rasteve kur përdorni elastomerë me temperaturë të lartë.
Boshti i kardanit
Boshti i kardanit, i quajtur nganjëherë asambleja universale e bashkimit, përkthen lëvizjen e rotorit përmes një strehimi të përkulur në boshtin e transmisionit duke kompensuar për mos shtrirjen. Në një montim të drejtuar, kutia mund të jetë e përkulur 1–3 gradë, duke bërë që boshti i daljes së motorit të ndryshojë nga boshti i telit të shpimit. Boshti i kardanit e lejon këtë gjeometri pa imponuar momente përkuljeje që përndryshe do të dëmtonin seksionin e fuqisë ose kushinetat.
Elementet e projektimit:
Çifte nyjesh të dyfishta U ose me shpejtësi konstante për të balancuar luhatjet e shpejtësisë.
Mbështetje të mbushura me yndyrë, të kompensuara nga presioni për të mbrojtur kunjat dhe tufat.
Kunjat e aliazhit me qëndrueshmëri të lartë me trajtime sipërfaqësore (p.sh. nitriding) për rezistencë ndaj konsumit.
Kompensimet:
Lidhjet më të thjeshta U janë të forta dhe të lehta për t'u shërbyer, por sjellin valë rrotullimi.
Lidhjet e stilit CV rrotullohen lehtë, por mund të jenë më komplekse dhe më të ndjeshme ndaj cilësisë së lubrifikimit.
Çështjet e zakonshme:
Veshja e kunjave/busheve duke shkaktuar rritje të reagimit dhe paqëndrueshmëri të faqes së veglave.
Dështimet e vulave që çojnë në humbje të lubrifikantit dhe degradim të shpejtë të kyçit.
Lodhje me ashpërsi të lartë të kërpudhave të kombinuara me RPM të lartë dhe WOB.
Praktikat më të mira:
Mbani modeste RPM të shpimit me rrëshqitje; Lëreni motorin e vrimës së poshtme të bëjë punën duke minimizuar RPM të sipërfaqes.
Përdorni të dhënat e goditjes/dridhjeve MWD në kohë reale për të zbuluar kushtet e rezonancës së kyçeve.
Inspektoni nyjet midis vrapimeve; zëvendësoni në pragjet e matura të konsumit për të parandaluar dështimin katastrofik.
Bosht i transmisionit
Boshti i transmisionit, nganjëherë i quajtur bosht lëvizës, jep çift rrotullues dhe mbart ngarkesa boshtore dhe radiale nga motori në bit. Integriteti i tij dikton kryesisht se sa peshë-në-bit (WOB) mund të aplikoni pa kompromentuar kushinetat ose vulat.
Elementet kryesore:
Paketa mbajtëse e shtytjes: Përbëhet nga kushineta me kontakt këndor të grumbulluar ose jastëkë shtytës PDC për të thithur ngarkesat boshtore nga reaksionet WOB dhe bit.
Kushinetat radiale: Stabilizoni boshtin për të minimizuar rrotullimin dhe për të mbrojtur vulat.
Mbylljet mekanike: Mbani lubrifikantin brenda dhe lëngun e shpimit jashtë; mund të përdorë pistonët kompensues të presionit për të balancuar vajin e brendshëm me presionin hidrostatik të baltës.
Pjesa e boshtit fleksibël: Në disa modele, një seksion fleksibël ndihmon në shkëputjen e streseve të përkuljes.
Menaxhimi i ngarkesës:
Vlerësimet e ngarkesës boshtore duhet të tejkalojnë WOB të planifikuar me diferencë (p.sh., 20–30%) për të akomoduar pikat kalimtare gjatë stallave.
Kapaciteti i ngarkesës radiale duhet të trajtojë forcat anësore të shkaktuara nga bit, veçanërisht me prerëset agresive PDC në qentë e lartë.
Lubrifikimi:
Modulet e mbushura me vaj dhe të vulosur reduktojnë konsumin; viskoziteti dhe paketimet e aditivëve duhet t'i përshtaten temperaturës.
Përjashtimi i mbeturinave nëpërmjet vulave të labirintit dhe kolektorëve magnetikë përmirëson jetën në baltën me përmbajtje të lartë të ngurtë.
Monitorimi:
konkluzioni
Një motor me vrima nuk është një mall - është një sistem i akorduar, performanca e të cilit rrjedh nga gjeometria e seksionit të fuqisë, kimia e elastomerit, bashkimet e boshtit, kushinetat dhe menaxhimi inteligjent i lëngjeve. Me kombinimin e duhur, operatorët mund të zhbllokojnë ROP më të lartë, kontroll më të mirë të drejtimit dhe më pak udhëtime, duke ulur koston për këmbë dhe ditët e shpimit.
Programet më efektive e trajtojnë motorin e vrimës si një produkt të dhënash. Kalibroni kthesat e shpejtësisë së çift rrotullues, monitoroni diferencialin e presionit, ngecjet dhe ngjarjet e goditjeve, dhe përsëritni zgjedhjen e elastomerit sipas kimisë së baltës dhe temperaturës së vrimës së poshtme. Kombinoni këto praktika me montime të forta deponie, boshte kardani të qëndrueshme dhe boshte transmisioni të vlerësuara siç duhet, dhe do të përmirësoni materialisht pamjet për çdo vrapim dhe NPT.
Pyetjet e shpeshta
Pyetje: Çfarë është një motor me gropë?
A: Një motor me vrima është një motor me zhvendosje pozitive që përdoret në montimin e vrimës së poshtme për të kthyer energjinë e lëngut të shpimit në rrotullim mekanik në bit. Mundëson ROP më të lartë dhe kontroll të drejtimit.
Pyetje: Si ndikojnë në performancën numërimi i lobeve?
Përgjigje: Numri më i lartë i lobeve në përgjithësi siguron më shumë çift rrotullues në RPM më të ulët, i dobishëm në formacionet e forta. Numri më i ulët i lobeve siguron RPM më të lartë me çift rrotullues më të ulët, më mirë në formacionet më të buta.
Pyetje: Pse është i rëndësishëm montimi i deponisë?
Përgjigje: Parandalon bllokimin e presionit dhe dëmtimin e vakumit kur pompat ndalojnë, duke mbrojtur vulat dhe elastomerët dhe duke reduktuar NPT gjatë lidhjeve.
Pyetje: Çfarë i shkakton ngecjet e motorëve?
Përgjigje: WOB e tepërt ose përfshirja e papritur e bitave mund të tejkalojë çift rrotulluesin e stallimit. Funksionimi shumë afër presionit diferencial maksimal rrit rrezikun e bllokimit.
Pyetje: Si mund ta zgjas jetën e motorit?
Përgjigje: Ndiqni dritaret e parametrave, zgjidhni elastomerin e duhur për temperaturën dhe kiminë e baltës, monitoroni dP dhe çift rrotullues, si dhe kushinetat dhe nyjet e shërbimit sipas planit.
Pyetje: Cilat janë mënyrat e zakonshme të dështimit?
Përgjigje: Shpërthimi i statorit, konsumimi i rotorit, veshja e kunjave të kardanit/bushit, dështimet e vulës dhe degradimi i kushinetave për shkak të mbeturinave ose stresit termik.
Pyetje: Kur duhet të zgjedh një elastomer me temperaturë të lartë?
Përgjigje: Kur temperaturat statike ose qarkulluese të vrimës së poshtme tejkalojnë rreth 300°F (150°C) ose kur balta me bazë vaji rrezikon të fryjë elastomerët standardë të nitrilit.
Pyetje: A mund të përdoren motorët me gropë me sisteme rrotulluese të drejtimit (RSS)?
A: Po. RSS i motorizuar çifton një motor me një mjet RSS për të kombinuar ROP të lartë me kontroll të shkëlqyeshëm të trajektores, veçanërisht në pjesët anësore të gjata.
Pyetje: Si mund ta përshtas një motor me bitin tim?
Përgjigje: Përdorni grafikët e shpejtësisë së çift rrotullues të shitësit dhe agresivitetin pak për të synuar një dritare funksionimi ku çift rrotullimi është i mjaftueshëm pa stalla të shpeshta dhe RPM i përshtatet qëndrueshmërisë së prerësit.
