Що, якби один компонент вашо? виб?йно? зб?рки м?г скоротити час циклу бур?ння на двозначн? в?дсотки, покращуючи керування напрямком ? скорочуючи непродуктивний час? Це об?цянка — ? виклик — сучасного свердловинного двигуна. Незважаючи на десятил?ття використання, свердловинний двигун продовжу? винаходити себе з б?льш високим крутним моментом, кращими еластомерами та ?нтелектуальн?шою телеметр??ю, що робить його центральним для високопродуктивного бур?ння у вузьких в?кнах, довгих боках ? абразивних породах.
Основна ?дея ц??? статт? проста: свердловинний двигун залиша?ться основним фактором швидкост? проходки (ROP) ? контролю тра?ктор?? як у звичайних, так ? в нетрадиц?йних свердловинах. Однак не вс? двигуни однаков?, ? значення, яке ви отриму?те, залежить в?д розум?ння конструктивних компром?с?в, якост? компонент?в ? робочих параметр?в.
У ц?й публ?кац?? ви д?зна?теся, як працю? свердловинний двигун, який внесок кожного компонента в продуктивн?сть, як узгодити характеристики двигуна з геолог?чною обстановкою та завданнями свердловини, а також як пор?внювати постачальник?в за допомогою пор?внянь на основ? даних.
Ключ на винос
Свердловинний двигун перетворю? г?дравл?чну енерг?ю бурового розчину в механ?чне обертання, забезпечуючи б?льшу швидк?сть обертання та чудове керування напрямком, особливо при ковзному бур?нн? та моторизован?й RSS.
Оптимальний виб?р залежить в?д геометр?? статора/ротора, кривих крутного моменту та швидкост?, х?м?чного складу еластомеру та ц?л?сност? вузл?в, таких як розвантажувальний вузол, карданний вал ? трансм?с?йний вал.
В?кна параметр?в на основ? даних (пот?к, перепад тиску, навантаження на долото, WOB, RPM) ? цифрова д?агностика зменшують зупинку двигуна, утворення шматк?в ? поломки еластомер?в.
Нов? матер?али та телеметр?я дозволяють довший проб?г, вищий середн?й крутний момент ? менше по?здок, зменшуючи варт?сть за фут ? загальну к?льк?сть дн?в бур?ння.
Свердловинний двигун
А свердловинний двигун - це об'?мний двигун (PDM), який використову? буровий розчин для обертання приводного вала, з'?днаного з долотом. Двигун розташований у виб?йн?й установц? (КНБК) ? може бути ор??нтований за допомогою вигину для контролю напрямку. На в?дм?ну в?д обертання поворотного столу або верхнього приводу, свердловинний двигун забезпечу? обертання долота незалежно в?д оберт?в бурильно? колони. Це в?докремлення ? важливою причиною того, чому сучасне спрямоване бур?ння може п?дтримувати високу швидк?сть обертання при керуванн? в жорстких обмеженнях.
У сво?й класичн?й форм? свердловинний двигун склада?ться з:
Силова частина (статор ? ротор), яка перетворю? тиск р?дини в крутний момент ? оберти за хвилину.
Механ?чне з’?днання (часто карданний вал або карданний шарн?р), яке переда? обертання через з?гнутий корпус без надм?рних навантажень зм?щення.
П?дшипниковий вузол ? трансм?с?йний вал, як? сприймають осьов? та рад?альн? навантаження та передають крутний момент долоту.
Допом?жн? компоненти, так? як вузол скидання для безпечного скидання р?дини п?д час з’?днань або коли насоси вимкнен?.
За сво?ю конструкц??ю свердловинний двигун працю? в таких ситуац?ях, коли:
Шлях свердловини вимага? частого ковзного бур?ння або точно? швидкост? буд?вництва/повороту.
Тверд? утворення потребують б?льшого крутного моменту долота при менших обертах, щоб уникнути зносу фрези.
Довг? боковини виграють в?д зменшення частоти обертання поверхн? для обмеження втоми бурильно? колони.
Ключов? показники ефективност? (KPI) для свердловинного двигуна включають:
Крутний момент на долот? (залежить в?д перепаду тиску в силов?й частин?).
Потужн?сть оберт?в двигуна (функц?я швидкост? потоку та геометр?? пелюстка).
Крутний момент ? повед?нка при зупинц? (як в?н справля?ться з перевантаженням ? як в?дновлю?ться).
Терм?н служби п?дшипник?в ? температурний допуск (особливо критично в свердловинах з високим BHT).
Загальна к?льк?сть кадр?в за проб?жку та години м?ж тягами.
Компоненти свердловинних двигун?в
Щоб вибрати або ефективно експлуатувати свердловинний двигун, необх?дно зрозум?ти, який внесок ма? кожен основний компонент:
Силова частина (статор + ротор): визнача? крутний момент, д?апазон швидкост? та терм?чний оп?р.
Гнучий або регульований корпус: встановлю? повед?нку торця ?нструменту та досяжну ступ?нь викривлення.
Муфти карданного або карданного валу: гнучко передають крутний момент через зм?щення.
Трансм?с?йний вал ? пакет п?дшипник?в: витримують осьове навантаження (WOB) ? рад?альн? навантаження п?д час ущ?льнювальних мастил.
Блок скидання: контролю? безпечний байпас р?дини, коли насоси зупинен?.
Ущ?льнювач?, еластомери та мастила: захищають в?д температури, забруднення маслом/кислотами та твердих частинок.
Кожна деталь ма? режими в?дмови. Наприклад, уламки еластомеру статора виникають через терм?чний цикл або х?м?чну несум?сн?сть; знос карданних пальц?в при коливальних навантаженнях; ? пакети п?дшипник?в виходять з ладу через проникнення см?ття або недостатню осьову ?мн?сть. Розум?ння цих режим?в дозволя? розумн?ше налаштувати в?кна параметр?в ? контролювати ризики.
Секц?я зб?рки дампа
Дамп у збор? ? неосп?ваним геро?м над?йност? двигуна. Його робота поляга? в тому, щоб забезпечити шлях для бурово? р?дини, коли тиск насоса втрача?ться (наприклад, п?д час з’?днання), запоб?гаючи пошкодженню, викликаному вакуумом, ? тиску всередин? двигуна. Добре сконструйований вузол скидання допомага? уникнути перепад?в залипання та захища? ущ?льнення, вир?внюючи внутр?шн?й ? зовн?шн?й тиск. Типов? особливост? включають:
Зворотн? клапани або пружинн? тарел?, як? в?дкриваються в умовах зворотного потоку.
Канали потоку мають такий розм?р, щоб запоб?гти надм?рним стрибкам тиску при закритт?.
Ст?йк? до ероз?? матер?али витримують абразивн? р?зання.
Експлуатац?йн? переваги:
Забезпечу? швидке та безпечне з’?днання шляхом пом’якшення ефекту перенапруги/перенапруги в двигун?.
Зменшу? ризик розшарування статора, запоб?гаючи стрибкам зворотного тиску.
Зб?льшу? терм?н служби п?дшипник?в ? ущ?льнювач?в, уникаючи тиску п?д час роботи насос?в.
М?ркування щодо вибору:
Сум?сн?сть з р?динами з високим вм?стом твердих речовин.
Швидк?сть ероз?? при оч?куван?й швидкост? потоку.
Доступн?сть техн?чного обслуговування та придатн?сть до експлуатац??.
Дан?: польов? досл?дження в сланцевих басейнах показують, що двигуни з оптим?зованими вузлами скидання демонструють на 8–15% довш? середн? години роботи завдяки менш?й к?лькост? в?дмов ущ?льнення та менш?й к?лькост? под?й, пов’язаних ?з тиском п?д час з’?днань.
Мотор
Серцем свердловинного двигуна ? силова частина, яка склада?ться з? сталевого гвинтового ротора та статора, покритого еластомером. Пара ротор–статор утворю? прогресивн? порожнини. Коли буровий розчин тече, у цих порожнинах утворю?ться перепад тиску, що призводить до обертання. Геометр?я виража?ться в пелюстках (наприклад, 4:5, 5:6, 7:8). Б?льше пелюстк?в зазвичай дають б?льший крутний момент при нижчих обертах, тод? як менше пелюстк?в забезпечують вищ? оберти при нижчому крутному момент?.
Основн? параметри конструкц??:
Конф?гурац?я пелюстка: Визнача? криву крутний момент-швидк?сть. Високолопастн? двигуни п?дходять для твердих пласт?в ? долот PDC, що потребують крутного моменту; двигуни з низьким пелюстком чудово працюють у м’яких утвореннях, що потребують б?льших оберт?в.
Довжина та крок статора: довш? силов? секц?? забезпечують б?льший крутний момент, але зб?льшують перепад тиску та довжину.
Тип еластомеру: високотемпературний г?дроген?зований н?трил (HNBR) ? перфторэластомери (FFKM) ст?йк? до терм?чно? деградац?? та набухання нафти; стандартний NBR працю? в холодн?ших середовищах на водн?й основ?.
Покриття ротора: покриття з хрому або карб?ду вольфраму зменшу? знос ? п?дтриму? ефективн?сть ущ?льнення.
Типов? д?апазони продуктивност?:
Вих?дна швидк?сть обертання: 50–300 оберт?в на хвилину залежно в?д к?лькост? пелюсток ? швидкост? потоку.
Крутний момент: 1000–12000 фут-фунт-сила залежно в?д розм?ру (наприклад, 4,75', 6,75', 8') ? геометр?? пелюстка.
Перепад тиску в силов?й частин?: 200–900 фунт?в на кв.
Спостер?гати за режимами в?дмов:
Уламки статора або в?д'?днання через нагр?вання/х?м?ю.
Знос ротора спричиня? втрату крутного моменту та зб?льшення ковзання.
Теплова нев?дпов?дн?сть м?ж ротором ? статором призводить до зупинок при висок?й BHT.
В?кно параметр?в:
П?дтримуйте швидк?сть потоку в д?аграмах постачальник?в, щоб п?дтримувати баланс оберт?в/крутного моменту.
Встанов?ть максимальний dP на двигун? на 80–90% в?д ном?нального тиску зупинки п?д час бур?ння в стац?онарному режим?.
Стежити за температурою; знижувати крив? крутного моменту вище 300°F (150°C), якщо не використовуються високотемпературн? еластомери.
Карданний вал
Карданний вал, який ?нод? називають карданним шарн?ром, переда? рух ротора через з?гнутий корпус на трансм?с?йний вал, одночасно компенсуючи зм?щення. У спрямован?й зб?рц? корпус може бути з?гнутий на 1–3 градуси, що призведе до в?дхилення вих?дно? ос? двигуна в?д ос? бурильно? колони. Карданний вал забезпечу? таку геометр?ю без накладення згинальних момент?в, як? ?накше можуть пошкодити силову частину або п?дшипники.
Елементи дизайну:
Подв?йний U-образний шарн?р або пари шарн?р?в пост?йно? швидкост? для балансування коливань швидкост?.
Наповнен? мастилом корпуси з компенсац??ю тиску для захисту штифт?в ? втулок.
Штифти з високом?цного сплаву з обробкою поверхн? (наприклад, азотуванням) для ст?йкост? до зношування.
Компром?си:
Прост?ш? U-образн? шарн?ри м?цн? та прост? в обслуговуванн?, але створюють пульсац?? крутного моменту.
ШРУС плавно оберта?ться, але може бути б?льш складним ? чутливим до якост? змащення.
Поширен? проблеми:
Знос шпильки/втулки, що спричиня? зб?льшення люфту та нестаб?льн?сть торця.
Порушення ущ?льнення призводять до втрати мастила та швидко? деградац?? з’?днання.
Втома при висок?й вигнутост? в по?днанн? з високими обертами на хвилину та навантаженням на долото.
Кращ? практики:
Збер?гайте скромн? оберти свердл?ння; нехай свердловинний двигун викону? роботу, м?н?м?зуючи оберти на поверхн?.
Використовуйте дан? про удар/в?брац?ю MWD у реальному час?, щоб виявити умови резонансу суглоб?в.
Огляньте стики м?ж прогонами; зам?нити при вим?ряних порогах зносу, щоб запоб?гти катастроф?чн?й поломц?.
Трансм?с?йний вал
Трансм?с?йний вал, який ?нод? називають приводним валом, забезпечу? крутний момент ? переносить осьов? та рад?альн? навантаження в?д двигуна до долота. Його ц?л?сн?сть значною м?рою визнача?, яку вагу на долот? (WOB) ви можете застосувати без шкоди для п?дшипник?в або ущ?льнень.
Основн? елементи:
Пакет упорних п?дшипник?в: склада?ться з розташованих один на один рад?ально-упорних п?дшипник?в або упорних накладок PDC для поглинання осьових навантажень в?д WOB ? реакц?? долота.
Рад?альн? п?дшипники: стаб?л?зують вал, щоб м?н?м?зувати завихрення та захистити ущ?льнення.
Механ?чн? ущ?льнення: утримують мастило всередин? та бурову р?дину; може використовувати поршн? для компенсац?? тиску, щоб збалансувати внутр?шн? масло та г?дростатичний тиск бурового розчину.
Частина гнучкого валу: у деяких конструкц?ях гнучка секц?я допомага? роз’?днати напруги згину.
Керування навантаженням:
Значення осьового навантаження мають перевищувати заплановану навантаження на долото (наприклад, 20–30%), щоб врахувати перех?дн? стрибки п?д час зупинок.
Рад?альна вантажоп?дйомн?сть повинна справлятися з б?чними силами, викликаними долотом, особливо з агресивними фрезами PDC на високих вигинах.
Змащення:
Маслонаповнен? герметичн? модул? зменшують знос; в'язк?сть ? пакети присадок повинн? в?дпов?дати температур?.
Видалення см?ття за допомогою лаб?ринтових ущ?льнень ? магн?тних колектор?в покращу? життя в бруд? з високим вм?стом твердих частинок.
Мон?торинг:
Висновок
Свердловинний двигун — це не товар, а налаштована система, продуктивн?сть яко? залежить в?д геометр?? силово? секц??, х?м?чного складу еластомер?в, муфти вал?в, п?дшипник?в ? ?нтелектуального керування р?диною. Завдяки правильн?й комб?нац?? оператори можуть отримати б?льшу швидк?сть проходження, точн?ше керування напрямком ? менше по?здок, зменшуючи витрати на фут ? дн? бур?ння.
Найб?льш ефективн? програми розглядають свердловинний двигун як продукт даних. Кал?бруйте крив? крутного моменту та швидкост?, в?дстежуйте перепад тиску, зупинки каротажу та удари, а також повторюйте виб?р еластомеру за х?м?чним складом бурового розчину та температурою заб?йно? свердловини. По?днайте ц? методи з над?йними вузлами розвантажувача, м?цними карданними валами та трансм?с?йними валами з в?дпов?дними ном?нальними характеристиками, ? ви сутт?во покращите траф?к за проб?г ? NPT.
поширен? запитання
З: Що таке свердловинний двигун?
В: Свердловинний двигун — це об’?мний двигун, який використову?ться в систем? вибою для перетворення енерг?? бурового розчину в механ?чне обертання долота. Це забезпечу? б?льш високий ROP ? контроль напрямку.
З: Як п?драхунок часток вплива? на продуктивн?сть?
В?дпов?дь: б?льша к?льк?сть пелюсток зазвичай забезпечу? б?льший крутний момент при нижчих обертах, що корисно для твердих пласт?в. Менша к?льк?сть пелюсток забезпечу? б?льш висок? оберти за меншого крутного моменту, краще в б?льш м’яких формах.
З: Чому зб?рка дампа важлива?
A: Це запоб?га? уловлюванню тиску та пошкодженню вакууму п?д час зупинки насос?в, захищаючи ущ?льнення та еластомери та зменшуючи NPT п?д час з’?днань.
Питання: Що спричиня? глухий двигун?
A: Надм?рна навантаження на долото або раптове зачеплення долота може перевищити крутний момент зупинки. Робота занадто близько до максимального перепаду тиску зб?льшу? ризик зупинки.
Q: Як я можу продовжити терм?н служби двигуна?
A: Сл?дкуйте за в?кнами параметр?в, обер?ть правильний еластомер для температури та х?м?чного складу розчину, контролюйте dP ? крутний момент, а також обслуговуйте п?дшипники та з’?днання за граф?ком.
Q: Як? типов? режими в?дмови?
A: Уламки статора, знос ротора, знос карданного пальця/втулки, пошкодження ущ?льнення та пог?ршення якост? п?дшипника через см?ття або терм?чний вплив.
Q: Коли я повинен вибрати високотемпературний еластомер?
В?дпов?дь: Коли статична або циркулююча температура на вибо? свердловини перевищу? приблизно 300°F (150°C) або коли буров? розчини на нафтов?й основ? ризикують набухати стандартн? н?трилов? еластомери.
Питання: Чи можна використовувати свердловинн? двигуни з роторними керованими системами (RSS)?
A: Так. Моторизована система RSS по?дну? двигун ?з ?нструментом RSS, щоб по?днати високу швидк?сть проходження з чудовим контролем тра?ктор??, особливо на довгих поперечних.
З: Як п?д?брати двигун до мо?? насадки?
A: Використовуйте д?аграми крутного моменту-швидкост? виробника та агресивн?сть долота, щоб нац?лити робоче в?кно, де крутний момент достатн?й без частих зупинок, а частота обертання в?дпов?да? довгов?чност? фрези.
