Nedhålsmotor ( engelsk positiv deplacementmotor; slammotor; borrmotor ) är en positiv deplacement (hydrostatisk) maskin. De viktigaste strukturella elementen är: motorsektion, spindelsektion, vinkeljusterare. Screw downhole motor (SDM) används för att borra brunnar på olika djup, ofta används för riktad och horisontell borrning.
Sovjetunionen är födelseplatsen för turbinborrning. Den första industriella designen gjordes redan 1922-1923. Det var en växlad turboborr med enstegsturbin, sedan 1940-talet var det huvudsakliga tekniska verktyget för att borra brunnar en flerstegsturbodrill. Den utbredda användningen av turbinborrning har gjort det möjligt att få en hög tillväxttakt i olje- och gasproduktionen . [ett]
Men med ökningen av brunnarnas genomsnittliga djup, förbättringen av borrkronor och roterande borrningsteknik, började den inhemska oljeindustrin släpa efter världsnivån när det gäller penetration per körning. Så 1981-1982 var den genomsnittliga penetrationen per resa i USA 350 m, medan den i Sovjetunionen inte översteg 90 m. min med pumparnas nödvändiga vridmoment och trycknivå, och som ett resultat var det omöjligt att använda moderna konbits med låg hastighet. Och oljeindustrin i Sovjetunionen stod inför frågan om att byta till låghastighetsborrningsteknik. [ett]
Även om roterande borrning användes, låg det tekniskt långt efter världsnivån: det fanns inga borrrör och borriggar av hög teknisk nivå. Därför beslutades det att skapa en låghastighetsmotor i hålet för att ersätta turboborrar. Arbetet med att skapa prototyper av skruvborrhålsmotorer (SDM) började i USA och Sovjetunionen i mitten av 60-talet. I USA var de första PDM:erna ett alternativ till turboborrar för riktningsborrning, och i Sovjetunionen fungerade de som ett sätt att driva låghastighetsborrkronor [1] .
Under de senaste åren har betydande förändringar skett i tekniken och tekniken för att borra brunnar: nya tekniker har dykt upp inom riktad borrning (borrning av horisontella sektioner, borrning av ytterligare schakt från tidigare borrade brunnar), spridningen av PDC-bitar, de senaste telemetrisystemen för övervakning av parametrar i borrhålet under borrning mm Och om tidigare PDM endast betraktades som ett alternativ till turboborrar och deras utsikter var tvetydiga, har PDM nu, på grund av sina unika egenskaper, blivit huvuddelen av modern teknik. Under 2010 slutfördes ¾ av den totala borrningen och upparbetningen av brunnar med hjälp av PDM i Ryssland, och de antogs av nästan alla ryska och utländska olje- och gas- och serviceföretag [2] .
Skruvmotorer i borrhålet är roterande hydrauliska maskiner med positiv förskjutning och enligt den allmänna teorin för sådana maskiner är elementen i arbetskroppar (RO):
Den relativt låga metallförbrukningen och enkelheten i designen är en viktig faktor som bidrar till den utbredda användningen av roterande hydrauliska maskiner i modern teknik.
RO PDM är en spiralformad gerotormekanism - ett kugghjulspar med inre rumsutväxling, bestående av en rotor och en stator med cykloida kuggprofiler.
Rotorn utför planetrörelser inuti den fasta statorn, mitten av deras tvärsnitt förskjuts av avståndet för ingreppsexcentriciteten.
De utmärkande egenskaperna hos VZD inkluderar:
Eftersom PDM är i direkt kontakt med vätskan (borrslam), som driver den, är det på grund av dessa egenskaper praktiskt taget den enda typen av volymetriska hydraulmotorer som är relativt hållbara när man använder arbetsvätskor som innehåller mekaniska föroreningar [4] .
Nästan vilken PDM som helst kan delas in i flera huvudenheter: framdrivningssektionen, spindelsektionen, skevningsvinkelregulatorn. [5]
Motorsektionen (kraft) är utformad för att omvandla energin från vätskeflödet till rotationsrörelse hos rotorn. Den består av en stålrotor med spiralformade tänder och en stator, som har ett elastiskt foder med en invändig spiralformad yta, vanligtvis av gummi. Motorsektionens stator och rotor måste uppfylla vissa villkor: [5]
Statorns och rotorns tänder är i kontinuerlig kontakt och bildar enkla kamrar som sluter sig längs statorns längd. Borrvätskan, som passerar genom dessa kammare, vrider rotorn inuti statorn. Enligt utformningen av motorsektionen särskiljs monolitiska och sektionsmotorer. [5]
Spindelsektion . Termen "spindel" hänvisar till en fristående motorenhet med en utgående axel med axiella och radiella lager. Spindeln är en av huvudkomponenterna i motorn. Den överför vridmoment och axiell belastning till borrkronan, uppfattar bottenhålsreaktionen och den hydrauliska axiella belastningen som verkar i RO, såväl som radiella belastningar från borrkronan och kopplingen mellan planetrotorn och spindelaxeln (gångjärn eller flexibel axel). [6]
Spindeln är gjord i form av en monolitisk ihålig axel, som är ansluten med hjälp av en närabitssub i den nedre delen till borrkronan, och med hjälp av en koppling i den övre delen - till ett gångjärn eller en flexibel axel [6] Enligt konstruktionen är spindlarna öppna och oljefyllda. I öppna (används i nästan alla seriella hushållsmotorer) smörjs och kyls friktionsenheterna med borrvätska, och i oljefyllda friktionsenheter är de i ett oljebad med ett övertryck på 0,1-0,2 MPa som överstiger det omgivande trycket. [7] .
Vinkelregulatorn är utformad för att snedställa motorsektionernas axlar eller själva motorn i förhållande till botten av borrsträngen. Den installeras mellan kraft- och spindelsektionerna eller ovanför själva PDM:n. Den består vanligtvis av två subs, en kärna och en växelkoppling. [5]
Överflödesventiler är installerade i de flesta bottenhålsenheter som inkluderar en PDM. De är utformade för att ansluta borrsträngens inre hålighet med ringen under utlösningsoperationer. Användningen av ventilen eliminerar tomgångsrotation av motorn, och minskar också den hydrodynamiska effekten på botten och väggarna i borrhålet, förhindrar överflöde av borrvätska vid brunnshuvudet. De är installerade ovanför motorn eller ingår direkt i konstruktionen av PDM [8] .