El motor de fondo de pozo ( motor de desplazamiento positivo en inglés ; motor de lodo; motor de perforación ) es una máquina de desplazamiento positivo (hidrostática). Los principales elementos estructurales son: sección del motor, sección del husillo, ajustador de ángulo. El motor de fondo de pozo de tornillo (SDM) se utiliza para perforar pozos de varias profundidades, ampliamente utilizado para perforación direccional y horizontal.
La URSS es el lugar de nacimiento de la perforación con turbinas. El primer diseño industrial se realizó allá por 1922-1923. Era una turboperforadora de engranajes con una turbina de una sola etapa, desde la década de 1940, la principal herramienta técnica para la perforación de pozos era una turboperforadora multietapa. El uso generalizado de la perforación con turbina ha permitido obtener altas tasas de crecimiento en la producción de petróleo y gas . [una]
Sin embargo, con el aumento de las profundidades promedio de los pozos, la mejora de las brocas y la tecnología de perforación rotatoria, la industria petrolera nacional comenzó a rezagarse respecto al nivel mundial en términos de penetración por corrida. Entonces, en 1981-1982, la penetración promedio por viaje en los EE . UU . Fue de 350 m, mientras que en la URSS no superó los 90 m.min con el par necesario y el nivel de presión de las bombas, y como resultado fue imposible usar brocas cónicas modernas de baja velocidad. Y la industria petrolera de la URSS se enfrentó a la cuestión de cambiar a tecnología de perforación de baja velocidad. [una]
Aunque se utilizaba la perforación rotatoria, tecnológicamente estaba muy por detrás del nivel mundial: no había tubos de perforación y equipos de perforación de alto nivel técnico. Por lo tanto, se decidió crear un motor de fondo de pozo de baja velocidad para reemplazar las turboperforadoras. El trabajo en la creación de prototipos de motores de fondo de pozo de tornillo (SDM) comenzó en los EE. UU. Y la URSS a mediados de los años 60. En los EE. UU., los primeros PDM fueron una alternativa a los turboperforadores para la perforación direccional, y en la URSS sirvieron como un medio para impulsar brocas de baja velocidad [1] .
En los últimos años se han producido cambios significativos en la técnica y tecnología de perforación de pozos: han aparecido nuevas tecnologías en perforación direccional (perforación de tramos horizontales, perforación de piques adicionales a pozos previamente perforados), la difusión de brocas PDC, los últimos sistemas de telemetría para monitorear los parámetros de fondo de pozo durante la perforación y otros Y si antes los PDM se consideraban solo como una alternativa a los turboperforadores y sus perspectivas eran ambiguas, ahora, debido a sus características únicas, los PDM se han convertido en la parte principal de las tecnologías modernas. En 2010, ¾ del total de perforación y reacondicionamiento de pozos con la ayuda de PDM se completó en Rusia, y fueron adoptados por casi todas las empresas de servicios y petróleo y gas rusas y extranjeras [2] .
Los motores de tornillo de fondo de pozo son máquinas hidráulicas rotativas de desplazamiento positivo y, según la teoría general de este tipo de máquinas, los elementos de los cuerpos de trabajo (RO) son:
El consumo de metal relativamente bajo y la simplicidad del diseño es un factor importante que contribuye al uso generalizado de máquinas hidráulicas rotativas en la tecnología moderna.
RO PDM es un mecanismo gerotor helicoidal: un par de engranajes con engranaje espacial interno, que consta de un rotor y un estator con perfiles de dientes cicloidales.
El rotor realiza un movimiento planetario dentro del estator fijo, los centros de sus secciones transversales están desplazados por la distancia de la excentricidad de acoplamiento.
Las características distintivas del VZD incluyen:
Dado que el PDM está en contacto directo con el líquido (lodo de perforación), que lo impulsa, por estas características, es prácticamente el único tipo de motores hidráulicos volumétricos que son relativamente duraderos cuando se utilizan fluidos de trabajo que contienen impurezas mecánicas [4] .
Casi cualquier PDM se puede dividir en varias unidades principales: la sección de propulsión, la sección del eje, el regulador del ángulo de inclinación. [5]
La sección del motor (potencia) está diseñada para convertir la energía del flujo de fluido en movimiento de rotación del rotor. Consiste en un rotor de acero con dientes helicoidales y un estator, que tiene un revestimiento elástico con una superficie helicoidal interna, generalmente de caucho. El estator y el rotor de la sección del motor deben cumplir ciertas condiciones: [5]
Los dientes del estator y el rotor están en contacto continuo, formando cámaras individuales que se cierran a lo largo del estator. El fluido de perforación, al pasar por estas cámaras, hace girar el rotor dentro del estator. Según el diseño de la sección del motor, se distinguen los motores monolíticos y seccionales. [5]
Sección de husillo . El término "husillo" se refiere a un conjunto de motor autónomo con un eje de salida con cojinetes axiales y radiales. El eje es uno de los componentes principales del motor. Transmite torque y carga axial a la barrena, percibe la reacción de fondo de pozo y la carga axial hidráulica que actúa en el RO, así como las cargas radiales de la barrena y la unión del rotor planetario y el eje del husillo (bisagra o eje flexible). [6]
El husillo está hecho en forma de un eje hueco monolítico, que está conectado a la broca por medio de un sub de punta cercana en la parte inferior, y con la ayuda de un acoplamiento en la parte superior, a una bisagra o un flexible eje [6] De acuerdo con el diseño, los ejes están abiertos y llenos de aceite. En abierto (utilizado en casi todos los motores domésticos en serie), las unidades de fricción se lubrican y enfrían con fluido de perforación, y en las unidades de fricción llenas de aceite están en un baño de aceite con un exceso de presión de 0.1-0.2 MPa que excede la presión ambiental. [7] .
El regulador de ángulo está diseñado para sesgar los ejes de las secciones del motor o el propio motor en relación con la parte inferior de la sarta de perforación. Se instala entre las secciones de potencia y husillo o encima del propio PDM. Por lo general, consta de dos subs, un núcleo y un acoplamiento de engranajes. [5]
Las válvulas de exceso de flujo se instalan en la mayoría de los conjuntos de fondo de pozo que incluyen un PDM. Están diseñados para conectar la cavidad interna de la sarta de perforación con el espacio anular durante las operaciones de viaje. El uso de la válvula elimina la rotación inactiva del motor y también reduce el efecto hidrodinámico en el fondo y las paredes del pozo, evita el desbordamiento del fluido de perforación en la boca del pozo. Se instalan encima del motor o se incluyen directamente en el diseño del PDM [8] .