Downhole motor ( anglicky positive displacement motor; bahenní motor; vrtací motor ) je objemový (hydrostatický) stroj. Hlavní konstrukční prvky jsou: motorová část, vřetenová část, seřizovač úhlu. Šroubový vrtný motor (SDM) se používá pro vrtání studní různých hloubek, široce používaný pro směrové a horizontální vrtání.
SSSR je rodištěm turbínového vrtání. První průmyslový vzor vznikl v letech 1922-1923. Jednalo se o převodový turbovrták s jednostupňovou turbínou, od 40. let 20. století byl hlavním technickým nástrojem pro vrtání studní vícestupňový turbovrták. Široké použití vrtání turbíny umožnilo dosáhnout vysokých temp růstu produkce ropy a plynu . [jeden]
S nárůstem průměrných hloubek vrtů, zdokonalováním bitů a technologie rotačních vrtů však domácí ropný průmysl začal zaostávat za světovou úrovní, pokud jde o penetraci na jeden běh. Takže v letech 1981-1982 byla průměrná penetrace na cestu v USA 350 m, zatímco v SSSR nepřesáhla 90 m. min s potřebným točivým momentem a úrovní tlaku čerpadel a v důsledku toho nebylo možné použít moderní nízkorychlostní kuželové bity. A ropný průmysl SSSR čelil otázce přechodu na technologii nízkorychlostního vrtání. [jeden]
Přestože se používalo rotační vrtání, bylo technologicky daleko za světovou úrovní: chyběly vrtné trubky a vrtné soupravy na vysoké technické úrovni. Proto bylo rozhodnuto vytvořit nízkorychlostní spádový motor, který nahradí turbovrtáky. Práce na vytvoření prototypů šroubových hlubinných motorů (SDM) začaly v USA a SSSR v polovině 60. let. V USA byly první PDM alternativou k turbovrtačkám pro směrové vrtání a v SSSR sloužily jako prostředek pro pohon pomaloběžných bitů [1] .
V posledních letech došlo k významným změnám v technice a technologii vrtání vrtů: objevily se nové technologie ve směrovém vrtání (vrtání vodorovných úseků, vrtání dalších šachet z dříve vrtaných vrtů), rozšíření PDC bitů, nejnovější telemetrické systémy pro sledování parametrů vrtů při vrtání apod. A pokud byly dřívější PDM považovány pouze za alternativu k turbovrtačkám a jejich vyhlídky byly nejednoznačné, nyní se PDM staly díky svým jedinečným vlastnostem hlavní součástí moderních technologií. V roce 2010 byly v Rusku dokončeny ¾ z celkového počtu vrtů a prací na vrtech s pomocí PDM a byly přijaty téměř všemi ruskými a zahraničními ropnými a plynárenskými společnostmi a servisními společnostmi [2] .
Šnekové vrtné motory jsou objemové rotační hydraulické stroje a podle obecné teorie těchto strojů jsou prvky pracovních orgánů (RO):
Relativně nízká spotřeba kovu a jednoduchost konstrukce je důležitým faktorem přispívajícím k širokému využití rotačních hydraulických strojů v moderní technice.
RO PDM je šroubový gerotorový mechanismus - pár ozubených kol s vnitřním prostorovým ozubením, skládající se z rotoru a statoru s cykloidními profily zubů.
Rotor vykonává planetární pohyb uvnitř pevného statoru, středy jejich průřezů jsou posunuty o vzdálenost excentricity záběru.
Mezi charakteristické znaky VZD patří:
Vzhledem k tomu, že PDM je v přímém kontaktu s kapalinou (vrtným bahnem), která jej pohání, je díky těmto vlastnostem prakticky jediným typem objemových hydromotorů, které jsou relativně odolné při použití pracovních kapalin obsahujících mechanické nečistoty [4] .
Téměř každý PDM lze rozdělit do několika hlavních jednotek: pohonná sekce, vřetenová sekce, regulátor úhlu natočení. [5]
Motorová (výkonová) část je určena k přeměně energie proudění tekutiny na rotační pohyb rotoru. Skládá se z ocelového rotoru se šroubovitými zuby a statoru, který má elastickou výstelku s vnitřním šroubovým povrchem, obvykle z pryže. Stator a rotor motorové sekce musí splňovat určité podmínky: [5]
Zuby statoru a rotoru jsou v nepřetržitém kontaktu a tvoří jednotlivé komory uzavírající se po délce statoru. Vrtná kapalina procházející těmito komorami otáčí rotor uvnitř statoru. Podle provedení motorové sekce se rozlišují monolitické a sekční motory. [5]
Sekce vřetena . Termín "vřeteno" se týká samostatné sestavy motoru s výstupní hřídelí s axiálními a radiálními ložisky. Vřeteno je jednou z hlavních součástí motoru. Přenáší točivý moment a axiální zatížení na korunku, vnímá reakci dna a hydraulické axiální zatížení působící v RO, stejně jako radiální zatížení od korunky a spojení planetového rotoru a hřídele vřetena (závěs nebo ohebná hřídel). [6]
Vřeteno je vyrobeno ve formě monolitického dutého dříku, který je spojen pomocí podvrtu ve spodní části s bitem a pomocí spojky v horní části - s pantem nebo pružným hřídel [6] .Vřetena jsou dle provedení otevřená a naplněná olejem. V otevřených (používaných téměř ve všech sériových domácích motorech) jsou třecí jednotky mazány a chlazeny vrtnou kapalinou a v olejových třecích jednotkách jsou v olejové lázni s přetlakem 0,1-0,2 MPa přesahujícím okolní tlak. [7] .
Úhlový regulátor je navržen tak, aby vychyloval osy sekcí motoru nebo samotného motoru vzhledem ke spodní části vrtací kolony. Instaluje se mezi silovou a vřetenovou sekci nebo nad samotný PDM. Obvykle se skládá ze dvou podložek, jádra a ozubené spojky. [5]
Přepadové ventily jsou instalovány ve většině sestav spodních otvorů, které obsahují PDM. Jsou navrženy tak, aby spojovaly vnitřní dutinu vrtací kolony s mezikruží při vypínání. Použití ventilu eliminuje volnoběžné otáčení motoru a také snižuje hydrodynamický účinek na dno a stěny vrtu, zabraňuje přetečení vrtné kapaliny v ústí vrtu. Instalují se nad motor nebo jsou zahrnuty přímo do konstrukce PDM [8] .