Двигатель объемного действия (PDM), широко известный как забойный двигатель илиПоступательный двигатель (PDM), представляет собой объемный скважинный электроинструмент, преобразующий гидравлическую энергию бурового раствора в механическое вращение. Широко используемый в наклонно-направленном бурении, горизонтальных скважинах и прямых-скважинах, PDM обеспечивает точный контроль вращения долота без вращения всей бурильной колонны с поверхности.
Основной принцип
ВЗД приводится в действие буровым раствором (раствором), перекачиваемым поверхностными буровыми насосами. Когда жидкость проходит через перепускной клапан и попадает в секцию двигателя, на входе и выходе двигателя возникает перепад давления. Этот перепад давления заставляет ротор вращаться эксцентрично внутри статора. Скорость вращения и крутящий момент передаются через универсальный шарнир (гибкий вал) и узел приводного вала на буровое долото, что позволяет выполнять операции бурения.
Основные компоненты
PDM состоит из четырех основных узлов:
- Перепускной клапан
- Гидравлический двигатель (статор и ротор)
- Универсальный шарнир (гибкий вал)
- Приводной вал в сборе
1. Перепускной клапан
Перепускной клапан состоит из корпуса клапана, втулки клапана, сердечника клапана и пружины. Под действием давления жидкости сердечник клапана скользит внутри втулки, изменяя путь потока. Клапан имеет два состояния:
- Состояние байпаса (открыто):Во время спуска или спуска (когда поток бурового раствора низкий или остановлен) пружина толкает сердечник вверх, открывая перепускные отверстия. Грязь в бурильной колонне обходит двигатель и выходит в затрубное пространство.
- Закрытое состояние:Когда расход бурового раствора и давление достигают заданного значения, керн смещается вниз, закрывая перепускные окна. Затем весь буровой раствор проходит через двигатель, преобразуя энергию давления в механическое вращение.
2. Секция двигателя (статор и ротор)
Двигатель является основным компонентом PDM.
Статор:Стальная трубка с эластомерной (резиновой) футеровкой, отформованной в виде спирали с определенными геометрическими параметрами.
Ротор:Стальной винтовой винт с твердым-покрытием (обычно хромированный-или с твердым-покрытием), который входит в зацепление со статором.
Ротор и статор образуют ряд герметичных полостей. Поскольку давление бурового раствора заставляет ротор вращаться эксцентрично внутри статора, вращение передается на долото. Один винтовой шаг (одна полная резьба) равен одному этапу. Для эффективной работы падение давления на ступени не должно превышать 0,8 МПа (приблизительно 116 фунтов на квадратный дюйм); помимо этого увеличивается внутренняя утечка (проскальзывание), резко падает скорость ротора и может произойти повреждение двигателя.
Характеристики производительности:
- Теоретический выходной крутящий момент пропорционален падению давления двигателя.
- Выходная скорость вращения (об/мин) пропорциональна входному расходу бурового раствора.
- По мере увеличения нагрузки (крутящего момента долота) скорость двигателя снижается.
Контролируя давление и скорость потока поверхностного насоса, бурильщик может эффективно контролировать крутящий момент и частоту вращения скважины.
Лопасти ротора (резьба):Роторы могут быть одно-или многолопастными-лопастными.
- Меньше лепестков (например, 1:2)→ Более высокие обороты, меньший крутящий момент.
- Больше лепестков (например, 7:8)→ Низкая частота вращения, более высокий крутящий момент (идеально подходит для применений с высоким-крутящим моментом, таких как горизонтальное бурение).
3. Универсальный шарнир (гибкий вал)
Универсальный шарнир преобразует планетарное (эксцентрическое) движение ротора в концентрическое (осевое) вращение приводного вала. В большинстве современных PDM используется конструкция гибкого вала (flex-shaft), обеспечивающая надежность и компактность.
4. Сборка приводного вала
Приводной вал передает вращение и крутящий момент от карданного шарнира на буровое долото. Он также воспринимает осевые (вес-на-долота) и радиальные нагрузки, возникающие во время бурения. Поэтому приводные валы требуют высокой твердости, превосходной износостойкости и длительного срока службы. Термическая обработка (закалка и отпуск) обычно применяется для значительного продления срока службы компонентов приводного вала.
Руководство по эксплуатации
- Скорость потока:Фактический расход бурового раствора должен оставаться в пределах рекомендованного производителем диапазона. Чрезмерный поток может ускорить износ; недостаточный поток снижает эффективность двигателя.
- Падение давления:Следите за падением давления на двигателе. Внезапное увеличение или нестабильное поведение могут указывать на остановку двигателя или внутреннее повреждение.
- Стартовый крутящий момент:Начальный пусковой момент может быть выше рабочего момента; операторы должны медленно прикладывать нагрузку.
Приложения
PDM необходимы для:
- Направленное и горизонтальное бурение (с изогнутым корпусом).
- Зарезка боковых стволов и повторное-бурение.
- Колтюбинговое бурение.
- Сверление прямых-отверстий, где требуется контролируемая скорость сверла.
Двигатель прямого вытеснения — это проверенный и надежный скважинный инструмент, который преобразует гидравлическую энергию в механическое вращение, обеспечивая эффективное бурение в вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважинах. Понимание его компонентов-перепускного клапана, двигателя (статора/ротора), универсального шарнира и приводного вала-, а также взаимосвязей между расходом, перепадом давления, крутящим моментом и скоростью имеет основополагающее значение для оптимизации производительности бурения и предотвращения отказов в скважине. Достижения в области эластомерных технологий, покрытия роторов и термообработки приводных валов продолжают расширять диапазон эксплуатации ВЗД в условиях высоких-температур, высокого-крутящего момента и сложных условий бурения. Для получения более подробной информации, пожалуйста, свяжитесь с командой Vigor для получения более подробной информации о продукте.
