Motorul de fund ( în engleză motor cu deplasare pozitivă; motor de noroi; motor de foraj ) este o mașină cu deplasare pozitivă (hidrostatică). Principalele elemente structurale sunt: secțiunea motorului, secțiunea axului, reglatorul de unghi. Motorul cu șurub de fond de gaură (SDM) este utilizat pentru forarea puțurilor de diferite adâncimi, utilizat pe scară largă pentru foraj direcțional și orizontal.
URSS este locul de naștere al forajului cu turbine. Primul design industrial a fost realizat în 1922-1923. Era un turboforator cu angrenaj cu o turbină într-o singură treaptă, încă din anii 1940, principalul instrument tehnic pentru forarea puțurilor a fost un turboforator cu mai multe trepte. Utilizarea pe scară largă a forajului cu turbine a făcut posibilă obținerea unor rate mari de creștere a producției de petrol și gaze . [unu]
Cu toate acestea, odată cu creșterea adâncimii medii a puțurilor, îmbunătățirea biților și a tehnologiei de foraj rotativ, industria petrolieră autohtonă a început să rămână în urma nivelului mondial în ceea ce privește penetrarea pe cursă. Deci, în 1981-1982, penetrarea medie pe călătorie în SUA a fost de 350 m, în timp ce în URSS nu a depășit 90 m. min cu cuplul și nivelul de presiune necesar al pompelor și, ca urmare, a fost imposibil de utilizat biți conici moderni de viteză mică. Și industria petrolieră a URSS s-a confruntat cu problema trecerii la tehnologia de foraj cu viteză redusă. [unu]
Deși s-a folosit forajul rotativ, din punct de vedere tehnologic era mult în urmă față de nivelul mondial: nu existau țevi de foraj și instalații de foraj de un nivel tehnic înalt. Astfel, s-a decis să se creeze un motor de forță de viteză mică pentru a înlocui turboforatoarele. Lucrările la crearea de prototipuri de motoare cu șurub de fond de gaură (SDM) au început în SUA și URSS la mijlocul anilor '60. În SUA, primele PDM-uri au fost o alternativă la turboforatoarele pentru foraj direcțional, iar în URSS au servit ca mijloc de a antrena biți cu viteză mică [1] .
În ultimii ani au avut loc schimbări semnificative în tehnica și tehnologia forajului puțurilor: au apărut noi tehnologii în forajul direcțional (forarea secțiunilor orizontale, forarea puțurilor suplimentare din puțuri forate anterior), răspândirea biților PDC, cele mai noi sisteme de telemetrie pt. monitorizarea parametrilor de foraj în timpul forajului și altele.Și dacă anterior PDM-urile erau considerate doar ca o alternativă la turboforatoare și perspectivele lor erau ambigue, acum, datorită caracteristicilor lor unice, PDM-urile au devenit partea principală a tehnologiilor moderne. În 2010, ¾ din totalul forajului și lucrărilor de reparație a puțurilor cu ajutorul PDM au fost finalizate în Rusia, iar acestea au fost adoptate de aproape toate companiile de petrol și gaze și servicii rusești și străine [2] .
Motoarele cu șurub în fond de gaură sunt mașini hidraulice rotative cu deplasare pozitivă și, conform teoriei generale a unor astfel de mașini, elementele corpurilor de lucru (RO) sunt:
Consumul relativ scăzut de metal și simplitatea designului este un factor important care contribuie la utilizarea pe scară largă a mașinilor hidraulice rotative în tehnologia modernă.
RO PDM este un mecanism gerotor elicoidal - o pereche de angrenaje cu angrenaj spațial intern, constând dintr-un rotor și un stator cu profile de dinți cicloidale.
Rotorul efectuează mișcare planetară în interiorul statorului fix, centrele secțiunilor lor transversale sunt deplasate de distanța excentricității de angrenare.
Caracteristicile distinctive ale VZD includ:
Întrucât PDM este în contact direct cu lichidul (noroiul de foraj), care îl antrenează, datorită acestor caracteristici, este practic singurul tip de motoare hidraulice volumetrice care sunt relativ durabile atunci când se utilizează fluide de lucru care conțin impurități mecanice [4] .
Aproape orice PDM poate fi împărțit în mai multe unități principale: secțiunea de propulsie, secțiunea axului, regulatorul de unghi de oblicare. [5]
Secțiunea motorului (putere) este proiectată pentru a converti energia fluxului de fluid în mișcare de rotație a rotorului. Este alcătuit dintr-un rotor de oțel cu dinți elicoidali și un stator, care are o căptușeală elastică cu o suprafață elicoidală internă, de obicei din cauciuc. Statorul și rotorul secțiunii motorului trebuie să îndeplinească anumite condiții: [5]
Dinții statorului și rotorul sunt în contact continuu, formând camere unice care se închid pe lungimea statorului. Fluidul de foraj, care trece prin aceste camere, întoarce rotorul în interiorul statorului. În funcție de designul secțiunii motorului, se disting motoarele monolitice și secționale. [5]
Secțiunea axului . Termenul „ax” se referă la un ansamblu motor autonom cu un arbore de ieșire cu rulmenți axiali și radiali. Axul este una dintre componentele principale ale motorului. Transmite cuplul și sarcina axială la burghiu, percepe reacția de fund și sarcina hidraulică axială care acționează în RO, precum și sarcinile radiale de la burghiu și joncțiunea rotorului planetar și arborele ax (balama sau arbore flexibil). [6]
Axul este realizat sub forma unui arbore tubular monolit, care este conectat prin intermediul unui sub-bit aproape în partea inferioară la bit și cu ajutorul unui cuplare în partea superioară - la o balama sau un flexibil. arbore [6] Conform proiectului, fusurile sunt deschise și umplute cu ulei. În deschis (utilizate în aproape toate motoarele domestice de serie), unitățile de frecare sunt lubrifiate și răcite cu fluid de foraj, iar în unitățile de frecare umplute cu ulei sunt într-o baie de ulei cu o presiune în exces de 0,1-0,2 MPa care depășește presiunea ambientală. [7] .
Regulatorul de unghi este proiectat pentru a deforma axele secțiunilor motorului sau motorul în sine față de partea inferioară a garniturii de foraj. Este instalat între secțiunile de putere și ax sau deasupra PDM-ului în sine. De obicei, constă din două sub-uri, un miez și un cuplaj cu angrenaje. [5]
Supapele de debit în exces sunt instalate în majoritatea ansamblurilor de găuri inferioare care includ un PDM. Acestea sunt concepute pentru a conecta cavitatea internă a garniturii de foraj cu inela în timpul operațiunilor de declanșare. Utilizarea supapei elimină rotația în gol a motorului și, de asemenea, reduce efectul hidrodinamic asupra fundului și pereților sondei, previne revărsarea fluidului de foraj la capul sondei. Ele sunt instalate deasupra motorului sau sunt incluse direct în proiectarea PDM-ului [8] .