Om du någonsin har sett en välplanerad borrkörning överträffa en jämförbar offset med 20–40 % ROP med färre verktygsfel, är chansen stor att det inte bara var biten, formationen eller turen – det var överlägsen kontroll av differenstrycket över lermotorn. Här är ett provokativt påstående: de flesta prestandaförluster i en bottenhålsenhet som drivs av en lermotor orsakas inte av berget; de orsakas av dålig tryckhantering. Det stämmer – fler resor, fler stall, fler brända statorer och fler trasiga elastomerer pekar nästan alltid tillbaka på differentialtryckskontroll.
Kärnproblemet är enkelt men oförlåtande: en lermotor omvandlar hydraulisk energi – flöde och tryck – till rotation och vridmoment. Misshantera det trycket, och din motor svälter eller stryps. Kör för lågt, och du får otillräcklig bithastighet och vridmoment; kör för högt och du träffar stall, spik och skada. Resultatet är kostsamma stillestånd och försämrad borrhålskvalitet.
I det här inlägget kommer du att lära dig exakt hur differentialtrycket styr prestandaomslaget för en lermotor; hur man läser och använder tryck från botten, stopppunktstryck och stopptryck; hur man hittar och bibehåller ett optimalt borrtryck; och hur man anpassar dessa koncept till dagens högflödessystem med hög HHP. Vi går igenom praktisk ytövervakning, återkoppling i borrhålet, trendbaserat beslutsfattande och samspelet med hydraulik, borrsval och formationsmekanik – så att du kan borra snabbare, säkrare och längre på botten.
Key Takeaway
Differentialtryck är den enkla spaken för att få ut maximalt vridmoment och varvtal från en lermotor utan att skada kraftdelen.
Spåra tre tryckvägpunkter hela tiden: tryck från botten (baslinje), stopppunktstryck (gräns) och avstängt tryck (farozon). Borra med en optimal differential precis under stall.
Kör slammotorn inom den övre änden av dess nominella flödesfönster (vanligtvis 70–85 % av max) för att uppnå högre varvtal, högre vridmoment och starkare stoppmotstånd – utan att gå in i destruktiva tryckområden.
Använd trendbaserade justeringar: när baslinjen utanför botten stiger med tillagda förändringar av borrrör eller leregenskaper, verifiera stopppunkten igen och centrera om ditt optimala borrtryck.
Integrera hydraulikmodellering, optimering av borrmunstycken och realtidstryck/rpm/vridmomentåterkoppling för exakt kontroll och överlägsen ROP till en lägre kostnad per fot.
Tryck från botten
Tryck från botten är baslinjens cirkulationstryck som registreras på riggmätaren (eller ståndrörssensorn) när pumpen har den avsedda borrhastigheten men borrkronan inte kommer i kontakt med formationen. Det är avgörande eftersom alla andra trycktillstånd – stopppunkt, avstängd och optimalt borrtryck – mäts som en differential över denna baslinje. Med andra ord, tryck från botten är din referensnoll för att tolka motorbelastning.
Varför ändras trycket från botten och varför det är viktigt:
Friktionstrycksförlusterna ökar med mer borrrör i hålet och med högre flödeshastigheter.
Slamreologi och densitetsförskjutningar (t.ex. från utspädning, baryttillsats, temperatur) förändrar systemets motstånd.
Ytutrustning och ringformiga begränsningar ändras när BHA-längden, stabilisatorer och MWD/LWD-verktyg varierar.
Praktiska steg:
Upprätta den nedre baslinjen vid den exakta pumphastigheten du tänker borra med. Ändring av flöde ändrar motoreffekten, så ställ alltid om baslinjen efter meningsfulla flödesändringar.
Markera igen från botten när du lägger till stativ. Baslinjen kryper i allmänhet uppåt med djupet. Att misslyckas med att kontrollera igen kan få dig att tro att du har samma differenstryck när du faktiskt är närmare stall.
Korsverifiera från botten med verktygsdata från hålet där det finns tillgängligt (t.ex. intern motor ΔP från MWD). Ytstandsrörets tryck inkluderar systemfriktion; motorns interna differential är en del av det.
Tolka tryck från botten med en lermotor:
Lermotorn förbrukar en del av systemets tryck som hydrauliska hästkrafter över kraftsektionen. Tryck från botten utesluter motorns extra belastning från att skära sten.
Tryckstabilitet utanför botten indikerar stabila leregenskaper och cirkulationsväg. Att stiga från botten vid konstanta förhållanden kan signalera igensättning (bitmunstycken, MWD-skärmar) eller ackumulering av sticklingar.
Ett enkelt arbetsflöde:
Ställ in pumphastigheten till målet för borrflödet.
Registrera tryck från botten (P_off).
Väg biten försiktigt till botten och bygg upp differenstrycket i förhållande till P_off när du börjar borra.
Spåra hur applicerad vikt på borrkrona (WOB) och roterande drivning interagerar med ΔP för att bibehålla motorn i dess effektiva envelope.
Stallpunktstryck
Stallpunktstrycket är den exakta yttrycksavläsningen vid vilken slammotorn blir övermannad: intern rotor-statorrörelse upphör och borrkronans rotation från motorn sjunker mot noll. Vid stopppunkten har motorn nått sitt vridmomenttak för den givna flödeshastigheten och slamegenskaperna. Tryck förbi detta och du riskerar elastomerskador, statordelaminering och accelererat slitage.
Viktiga egenskaper för stallpunkt:
Det är repeterbart vid en given flödeshastighet, temperatur och lerreologi - tills systemförhållandena ändras.
Det identifieras av en karakteristisk böjning: inkrementella WOB-ökningar ger oproportionerligt stora tryckökningar med liten eller ingen vinst i ROP. När du kysser stall ökar vridmomentet kraftigt medan RPM kollapsar.
Ned i hålet uppträder stall som en snabb varvtalsminskning till nära noll med en toppvridmomenthändelse; ytan kommer du att se tryckplatån och sedan stiga.
Så här hittar du stallpunkten säkert:
Från P_off, öka gradvis WOB samtidigt som flödeshastigheten hålls konstant i motorns rekommenderade övre band (70–85 % av max).
Håll utkik efter ett tillplattande ROP-svar på ökad WOB och en stigande ståndrörstrycklutning.
Markera trycket vid vilket motorn tvekar eller stannar: P_stall.
Backa WOB omedelbart för att undvika en avstannad händelse.
Varför du måste känna till P_stall:
Den anger den övre gränsen för ditt operationsfönster. Ditt optimala borrtryck kommer att vara under detta värde.
Den växlar med flödet: högre flöde höjer generellt kapaciteten för stallvridmoment och växlar P_stall högre.
Den är känslig för temperatur: elastomerexpansion vid förhöjda bottenhålstemperaturer kan minska spelet, vilket förändrar det interna ΔP-beteendet.
Kvantifiera stallnärhet:
Differenstryck (ΔP_drill) = P_on-bottom ? P_off.
Stallmarginal = P_stall ? P_on-bottom. Bibehåll en positiv marginal under steady-state borrning.
Många team standardiserar en arbetsmarginal på 100–300 psi under stall, beroende på verktygsdesign och formationsvariabilitet.
Avstängt tryck
Avstängt tryck är den abrupta tryckökningen i ståndröret - ofta 300 psi eller mer - omedelbart efter att ha passerat stopppunkten. Det är en redline-händelse: rotorn stannar i förhållande till statorn, men pumpen fortsätter att leverera flöde, vilket orsakar en snabb ökning av differenstrycket över kraftsektionen. Stanna här även en kort period och du riskerar katastrofal överhettning av elastomer, vridningar i extrema fall och dyra motorombyggnationer.
Att känna igen avstannat:
Du når P_stall, sedan hoppar trycket kraftigt (t.ex. +300–800 psi). ROP kollapsar, vridmomentet maxar och ytroterande kan släpa om du kör strängen.
Vibrationssignaturer i hålet skiftar; ibland indikerar MWD-nedlänk noll motorvarvtal om telemetri är i realtid.
När du tar upp från botten sjunker trycket tillbaka till P_off nästan omedelbart.
Omedelbara åtgärder:
Slapp av WOB eller plocka upp för att rensa biten. Fortsätt inte att trycka på WOB för att 'muskulera igenom'.
Minska flödet tillfälligt om det behövs för att släppa stopp, återupprätta sedan baslinjen och klättra tillbaka till den optimala differentialen.
Cirkulera sticklingar för att säkerställa att ingen packning bidrog till evenemanget.
Förhindra avstannade händelser:
Kör slammotorn nära den övre flödesrekommendationen men bibehåll en definierad stoppmarginal.
Smidig WOB-applikation. Undvik plötsliga tunga viktöverföringar, särskilt i interbedded, cherty eller nodulära formationer.
Övervaka för fluktuationer i lera egenskaper (viskositetsspikar, fasta partiklar) som ökar systemets ΔP och krymper din stallmarginal utan förvarning.
Använd realtidsanalys där det är tillgängligt: ??motorströmproxies, vridmomentuppskattningar och varvtalsavläsningar hjälper dig att se avstängning tidigare än en människa kan reagera ensam på mätaren.
Optimalt borrtryck
Optimalt borrtryck är den söta punkten där slammotorn levererar sin maximala effektiva ROP vid minsta destruktiva differentialbelastning. Det är vanligtvis precis under stallpunkten, balanserar vridmoment och RPM utan att övergå till stallrisk. Även om det exakta målet varierar beroende på motordesign, bittyp och formation, är en praktisk fältregel att hålla ΔP_drill 100–300 psi under P_stall vid den valda flödeshastigheten.
Så här ställer du in det optimala:
Bestäm P_off vid målflöde.
Identifiera P_stall genom kontrollerad WOB-rampning.
Välj en arbetsdifferential ΔP_opt ≈ P_stall ? 100 till ?300 psi (justera enligt verktygsleverantörens vägledning och formationsvariabilitet).
Konvertera ΔP_opt tillbaka till ett standpipe-mål: P_target = P_off + ΔP_opt.
Borra samtidigt som du håller ståndrörstrycket nära P_target, justera WOB och ytvarvtal för att hålla ΔP stadigt när formationen ändras.
Varför detta fungerar:
En lermotors kraftsektion omvandlar hydrauliska hästkrafter till bithastighet (RPM) och vridmoment. Nära stall, vridmomentet är högt men RPM kollapsar; långt under stall kan varvtalet vara hyfsat men vridmomentet är otillräckligt i hårdare berg. Den optimala sitter precis under stall och bevarar både tillräckligt vridmoment och användbara varvtal.
Att arbeta i de översta 70–85 % av kraftsektionens flödesklass ökar vridmomentet och varvtalet samtidigt, vilket höjer stall-tröskeln och låter dig hålla ett högre ΔP_opt säkert.
Datadriven målförfining:
Spår ROP vs ΔP_drill. ROP-kurvan stiger vanligtvis med ΔP tills ett knä strax före stall, för att sedan plattas ut. Kör vid knät.
Övervaka MSE (mekanisk specifik energi). När ΔP närmar sig optimalt bör MSE minska, vilket indikerar effektiv energiöverföring. Stigande MSE vid högre ΔP tyder på att du bara trycker mot stall utan ROP-förstärkning.
Använd bits slöa grader och motorinspektion för att validera: en sund stator och balanserad slitageprofil för fräsen indikerar lämplig ΔP-kontroll; blåsbildning elastomer och kon-/skärflisning korrelerar ofta med upprepad stopp eller överbelastning.
Interaktion med borrshydraulik och val av munstycke:
Munstyckets totala flödesarea (TFA) ställer in strålhastigheten och påverkar systemtrycket. Med en lermotor måste du balansera jet-inverkan (rengöring, HHP) och tillgänglig motor ΔP. Överdimensionerade munstycken sänker trycket men kan svälta vridmomentet; underdimensionerade munstycken blåser upp systemtrycket, vilket minskar stoppmarginalen.
Optimera TFA så att du med din målpumphastighet kan uppnå både tillräckliga hydrauliska bitars hästkrafter och en ΔP_opt strax under stall.
Flödeshastighetsstrategi:
Inom motorns kraftsektionsfönster ökar högre flöde varvtal och vridmomentkapacitet. Om du behöver mer vridmomentmarginal utan att gå närmare stall, höj flödet något och mappa sedan om P_off och P_stall. Anta inte att den gamla stopppunkten fortfarande gäller.
Akta dig för temperaturpåverkan: högre flöde kyler elastomeren, vilket är bra, men djupare, hetare hål höjer fortfarande statortemperaturen med tiden, vilket ändrar spelrum och därmed stannar upp.
Slutsats
Effektiv borrning med slammotor handlar inte bara om att vrida pumpar hårdare eller pressa mer vikt. Det handlar om precisionskontroll av differenstryck. Genom att förankra dina operationer till tre tryckreferenser – från botten, stallpunkt och stalled out – och medvetet ställa in ett optimalt borrtryck precis under stall, omvandlar du hydraulisk energi till borrsarbete med maximal effektivitet samtidigt som du skyddar motorn. Stanna i motorns övre flödesfönster, validera din stoppmarginal ofta när djup och lera ändras, och använd trendbaserad feedback (ROP, MSE, vridmoment, RPM) för att hålla systemet i trim. Rätt gjort kommer du att se högre ROP, längre motorlivslängd, färre resor och en lägre kostnad per fot – alla resultat som är viktiga för varje brunn.
Weifang shengde petroleum machinery manufacturing co., LTD är ett professionellt företag som integrerar forskning och utveckling, design och produktion.
